JP4640511B2 - Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, and piezoelectric oscillator - Google Patents
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本発明は超薄肉の振動板を厚肉の環状部で一体的に包囲した構造の圧電基板に励振電極等の導電パターンを形成した圧電振動素子、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止した圧電振動子、更にはこの圧電振動子を用いた圧電発振器の改良に関し、特に1GHz以上の共振周波数を出力するために振動板肉厚を超薄肉状に構成した場合においても、該振動板上に形成する励振電極膜の形状、配置方向を種々工夫することによってスプリアスを最小限に抑えることを可能とした技術に関する。 In the present invention, a piezoelectric vibration element in which a conductive pattern such as an excitation electrode is formed on a piezoelectric substrate having a structure in which an ultrathin diaphragm is integrally surrounded by a thick annular portion, and the piezoelectric vibration element is hermetically sealed in a package. The present invention relates to an improvement of a piezoelectric vibrator, and further to a piezoelectric oscillator using this piezoelectric vibrator. In particular, even when the diaphragm thickness is configured to be very thin in order to output a resonance frequency of 1 GHz or more, The present invention relates to a technique capable of minimizing spuriousness by devising various shapes and arrangement directions of excitation electrode films to be formed.
水晶振動子の如く、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止した構造の表面実装型の圧電デバイスは、携帯電話機、ページャ等の通信機器や、コンピュータ等の電子機器等において、基準周波数発生源、フィルタ等として利用されているが、これらの各種機器の小型化に対応して圧電デバイスに対しても小型化が求められている。
また、表面実装用の圧電デバイスとしての圧電発振器は、例えばセラミック等から成るパッケージ本体の上面に形成された凹所内に、圧電振動素子と、発振回路を構成する回路部品を収納した状態で凹所開口を金属蓋により封止した構成を備えている。
従来から、上記の如き圧電デバイスに使用される圧電振動素子として、基本波周波数が50MHz以上の高周波化に対応できるように圧電基板の片側表面を一部掘削することにより凹陥部を形成してその底面を数μm程度の超薄肉の振動板とすると共に、この振動板周縁を厚肉の環状部により一体的に包囲した構造の圧電基板と、この振動板の表裏両面に夫々形成した入出力用の電極と接地電極と、から成る圧電振動素子が知られている(特開平9−55635号公報)。
このような圧電振動素子により例えば155MHz程度の高周波を出力するためには、振動板の肉厚を10μm程度に薄くする必要があるが、このように薄肉化した場合、インハーモニックスプリアス(非調和振動)が多く発生する。
A surface-mount type piezoelectric device having a structure in which a piezoelectric vibration element is hermetically sealed in a package, such as a crystal resonator, is used as a reference frequency generation source in communication devices such as mobile phones and pagers, and electronic devices such as computers. Although used as a filter or the like, the piezoelectric devices are also required to be miniaturized in response to the miniaturization of these various devices.
In addition, a piezoelectric oscillator as a surface-mounting piezoelectric device has a recess in a state where a piezoelectric vibration element and a circuit component constituting an oscillation circuit are housed in a recess formed on an upper surface of a package body made of, for example, ceramic. The opening is sealed with a metal lid.
Conventionally, as a piezoelectric vibration element used in the piezoelectric device as described above, a concave portion is formed by excavating a part of one surface of a piezoelectric substrate so as to cope with a higher frequency of a fundamental wave frequency of 50 MHz or more. A piezoelectric substrate with a structure in which the bottom surface is an ultra-thin diaphragm with a thickness of several μm and the periphery of the diaphragm is integrally surrounded by a thick annular part, and input and output formed on both sides of the diaphragm. There is known a piezoelectric vibration element comprising a common electrode and a ground electrode (Japanese Patent Laid-Open No. 9-55635).
In order to output a high frequency of, for example, about 155 MHz by such a piezoelectric vibration element, it is necessary to reduce the thickness of the diaphragm to about 10 μm. However, if the thickness is reduced in this way, inharmonic spurious (anharmonic vibration) ) Occur frequently.
ところで、現在、実用化可能なレベルの共振周波数は約300MHzであり、数GHz程度のものは実現可能と言われており実験室では1.6GHzレベルまで実現されている。しかし、1GHz以上2GHzまでの共振周波数を得ようとした場合には、振動板の肉厚を0.8〜0.4μm程度に極薄化する必要があり、その場合にはインハーモニックスプリアスが更に多発することが予想される。
即ち、図7(a)及び(b)はATカット水晶基板におけるエネルギー閉込め現象、及び共振周波数スペクトラムを示した図であり、圧電基板100の振動板101の表裏両面に夫々対向配置した励振電極102に対して交番電流を印加することによって振動板101を励振させる場合に、励振電極102間における振動エネルギーの閉込め係数は、次式:(na/H)×√Δ[n:次数(基本波はn=1)、a:電極のサイズ、H:圧電基板厚、√Δ:励振電極を係止したことによる共振周波数の低下量]により求められる。
図中S0は目的とする周波数帯であり、S1、S2は夫々インハーモニックスプリアスとなる周波数帯を示している。
By the way, the resonance frequency at a level that can be put into practical use is about 300 MHz, and it is said that a resonance frequency of about several GHz can be realized, and has been realized up to 1.6 GHz level in the laboratory. However, when trying to obtain a resonance frequency from 1 GHz to 2 GHz, it is necessary to make the thickness of the diaphragm as thin as about 0.8 to 0.4 μm. In that case, in-harmonic spurious is further increased. It is expected to occur frequently.
7A and 7B are diagrams showing the energy confinement phenomenon and the resonance frequency spectrum in the AT-cut quartz substrate, and the excitation electrodes disposed on both the front and back surfaces of the
In the figure, S 0 is a target frequency band, and S 1 and S 2 indicate frequency bands that are in harmonic spurious.
そして、図7(b)の横軸に示した閉込め係数が大きくなればなる程、S1モードの規格化周波数が小さくなるに連れて、エネルギーの閉込めがより強くなり、その結果S1モードが強く励振することとなる。この結果、図7(a)に示すようにS1モードのインハーモニックスプリアスが含まれた出力が得られることとなる。
圧電基板厚Hが極薄化した場合に多発することが予想されるインハーモニックスプリアスを低減させるためには、上記式によれば、励振電極102の面積(電極長a)を振動板の肉厚に応じて可能な限り小さくすることが有効な筈であるが、従来、1GHz以上の高周波を出力可能な極薄振動板上に、どのような形状の励振電極を、振動板上にどのような状態で配置すればインハーモニックスプリアスを低減できるか、という課題を解決するための具体策は提案されていない。
In order to reduce inharmonic spurs that are expected to occur frequently when the piezoelectric substrate thickness H is extremely thin, according to the above formula, the area of the excitation electrode 102 (electrode length a) is set to the thickness of the diaphragm. It is effective to make it as small as possible according to the conventional method. However, on the ultrathin diaphragm capable of outputting a high frequency of 1 GHz or higher, what kind of excitation electrode is formed on the diaphragm No specific measures have been proposed for solving the problem of whether in-harmonic spurious can be reduced if arranged in a state.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、1GHz以上の共振周波数を出力可能な極薄の振動板を備えた圧電振動素子でありながら、振動板上に形成する励振電極の形状、配置方向を工夫することによって、インハーモニックスプリアスを可能な限り抑圧して目的とする共振周波数を得ることを可能とした圧電振動素子、圧電振動素子、及び圧電発振器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and although it is a piezoelectric vibration element including an ultrathin diaphragm capable of outputting a resonance frequency of 1 GHz or more, the shape and arrangement direction of excitation electrodes formed on the diaphragm It is an object of the present invention to provide a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibration element, and a piezoelectric oscillator that can suppress inharmonic spurious as much as possible to obtain a target resonance frequency.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]薄肉の振動板と、該振動板の外周縁を一体的に包囲する厚肉の環状部と、を備えることにより、少なくとも一方の主面側に凹陥部を形成した構成の圧電基板と、前記圧電基板の振動板の表裏両面に夫々形成した励振電極と、各励振電極から圧電基板の環状部に引き出されるリード電極と、を備えた圧電振動素子において、少なくとも前記振動板の表裏両面上に夫々位置する2つの励振電極は互いに交差する直線状の細幅帯状電極であり、各励振電極は夫々圧電基板の2つの結晶軸と直交しない斜め方向へ延在して両励振電極の交差部を実質的な励振部とし、前記各励振電極は全長に渡って同一幅を有し、且つ両励振電極の幅は同一でないことを特徴とする。 [Application Example 1] A piezoelectric device having a configuration in which a concave portion is formed on at least one main surface side by including a thin diaphragm and a thick annular portion integrally surrounding an outer peripheral edge of the diaphragm. In a piezoelectric vibration element comprising a substrate, excitation electrodes formed on both front and back surfaces of the diaphragm of the piezoelectric substrate, and a lead electrode drawn from each excitation electrode to the annular portion of the piezoelectric substrate, at least the front and back surfaces of the diaphragm The two excitation electrodes located on both surfaces are linear narrow strip electrodes that intersect each other, and each excitation electrode extends in an oblique direction that is not orthogonal to the two crystal axes of the piezoelectric substrate, and The intersection is a substantial excitation part, and the excitation electrodes have the same width over the entire length, and the widths of both excitation electrodes are not the same.
異方性圧電結晶材料から成る圧電基板の平面2軸に対して非平行な方向へ延びる2つの励振電極を振動板の表裏両面上に配置し、且つ両励振電極を振動板上で交差させた場合に、両励振電極の交差部に位置する励振部の形状が、菱形、平行四辺形、或いは不定形としての四辺形となることにより、振動板の超薄肉化による閉込め係数の増大にも拘わらず、非調和振動の励振は僅かとなり、誘導性領域を有するのは主振動のみとすることができる。即ち、各励振電極を延在させる方向が、異方性圧電結晶材料としての圧電基板に励起された波の伝搬方向である2つの軸方向に対して夫々平行な方向でない方がスプリアスが発生しにくく、主振動が効率良く発生することとなる。また、圧電基板の平面2軸方向へ伝搬する厚み振動の振動エネルギーが励振部を除いた励振電極へ漏れることを防止して振動エネルギー分布の不平衡状態を解消し、特に反対称非調和振動の励振を抑圧する上で優れた効果を発揮する。
2つの励振電極が交差する位置に形成される励振部の形状が不定形状としての四辺形になる場合には、励振部の端縁における非調和振動の反射波をランダム化し、定在波の発生を抑制することが可能となる。
Two excitation electrodes extending in a direction not parallel to the two planes of the piezoelectric substrate made of an anisotropic piezoelectric crystal material are arranged on both the front and back surfaces of the diaphragm, and the two excitation electrodes intersect each other on the diaphragm. In this case, the shape of the excitation part located at the intersection of the two excitation electrodes becomes a rhombus, a parallelogram, or a quadrilateral as an indeterminate shape, thereby increasing the confinement factor due to the ultrathinning of the diaphragm. Nevertheless, the excitation of the anharmonic vibration is small and only the main vibration can have the inductive region. That is, spurious is generated when the direction in which each excitation electrode extends is not parallel to the two axial directions that are the propagation directions of waves excited on the piezoelectric substrate as the anisotropic piezoelectric crystal material. It is difficult to generate main vibration efficiently. In addition, the vibration energy of thickness vibration propagating in the plane biaxial direction of the piezoelectric substrate is prevented from leaking to the excitation electrode excluding the excitation part, and the unbalanced state of vibration energy distribution is eliminated. Excellent effect in suppressing excitation.
When the shape of the excitation part formed at the position where the two excitation electrodes intersect is a quadrilateral as an indefinite shape, the reflected wave of the anharmonic vibration at the edge of the excitation part is randomized to generate a standing wave Can be suppressed.
[適用例2]薄肉の振動板と、該振動板の外周縁を一体的に包囲する厚肉の環状部と、を備えることにより、少なくとも一方の主面側に凹陥部を形成した構成の圧電基板と、前記圧電基板の振動板の表裏両面に夫々形成した励振電極と、各励振電極から圧電基板の環状部に引き出されるリード電極と、を備えた圧電振動素子において、少なくとも前記振動板の表裏両面上に夫々位置する2つの励振電極は互いに交差する直線状の細幅帯状電極であり、各励振電極は夫々圧電基板の2つの結晶軸と直交しない斜め方向へ延在して両励振電極の交差部を実質的な励振部とし、前記各励振電極のうちの少なくとも一方の幅は、先端へ向かうほど幅が漸増、或いは漸減するテーパー形状であることを特徴とする。 Application Example 2 A piezoelectric device having a configuration in which a concave portion is formed on at least one main surface side by including a thin diaphragm and a thick annular portion that integrally surrounds the outer peripheral edge of the diaphragm. In a piezoelectric vibration element comprising a substrate, excitation electrodes formed on both front and back surfaces of the diaphragm of the piezoelectric substrate, and a lead electrode drawn from each excitation electrode to the annular portion of the piezoelectric substrate, at least the front and back surfaces of the diaphragm The two excitation electrodes located on both surfaces are linear narrow strip electrodes that intersect each other, and each excitation electrode extends in an oblique direction that is not orthogonal to the two crystal axes of the piezoelectric substrate, and The crossing portion is a substantial excitation portion, and the width of at least one of the excitation electrodes has a tapered shape in which the width gradually increases or decreases toward the tip.
[適用例3]前記各励振電極同士の交差角度は、非直角であることを特徴とする。 Application Example 3 The crossing angle between the excitation electrodes is non-right angle.
[適用例4]前記2つの励振電極の交差部に位置する励振部の形状は、菱形形状、或いは非正四辺形状であることを特徴とする。 Application Example 4 The shape of the excitation portion located at the intersection of the two excitation electrodes is a rhombus shape or a non-regular quadrilateral shape.
[適用例5]前記圧電振動素子を構成する圧電基板の長手方向一端部を表面実装用のパッケージ内に片持ち状態で接着保持したことを特徴とする。 Application Example 5 One end of the piezoelectric substrate constituting the piezoelectric vibration element is adhered and held in a cantilevered state in a surface mounting package.
[適用例6]前記圧電振動子と、発振回路と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
Application Example 6 It is characterized in that at least the piezoelectric vibrator and an oscillation circuit are provided.
以上のように本発明によれば、1GHz以上の共振周波数を出力可能な極薄の振動板を備えた圧電振動素子でありながら、振動板上に形成する励振電極の形状、配置方向を工夫することによって、インハーモニックスプリアスを可能な限り抑圧して目的とする共振周波数を得ることができる。
即ち、本発明は、1GHz以上、望ましくは2GHzに達する周波数を出力するための超薄肉の振動板を備えた圧電振動素子において、異方性圧電結晶材料から成る圧電基板の平面2軸に対して非平行な方向へ延びる2つの励振電極を振動板の表裏両面上に配置し、且つ両励振電極を振動板上で交差させて、両励振電極の交差部に位置する励振部の形状を、菱形、平行四辺形、或いは不定形としての四辺形とすることにより、振動板の超薄肉化による閉込め係数の増大にも拘わらず、非調和振動の励振を僅かとすることができ、特性を向上できる。
更に、2つの励振電極が交差する位置に形成される励振部の形状を不定形状としての四辺形にすることにより、励振部の端縁における非調和振動の反射波をランダム化し、定在波の発生を抑制することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the shape and the arrangement direction of the excitation electrode formed on the diaphragm are devised while being a piezoelectric vibration element including an extremely thin diaphragm capable of outputting a resonance frequency of 1 GHz or more. As a result, in-harmonic spurious can be suppressed as much as possible to obtain a desired resonance frequency.
That is, the present invention relates to a piezoelectric vibration element having an ultrathin diaphragm for outputting a frequency reaching 1 GHz or more, preferably 2 GHz, with respect to two planes of a piezoelectric substrate made of an anisotropic piezoelectric crystal material. The two excitation electrodes extending in a non-parallel direction are arranged on both the front and back surfaces of the diaphragm, and the two excitation electrodes are crossed on the diaphragm, so that the shape of the excitation part located at the intersection of the two excitation electrodes is By adopting a rhombus, parallelogram, or quadrilateral as an indeterminate shape, the excitation of anharmonic vibration can be minimized despite the increase in the confinement factor due to the ultrathinning of the diaphragm. Can be improved.
Furthermore, by making the shape of the excitation part formed at the position where the two excitation electrodes intersect into a quadrilateral as an indefinite shape, the reflected wave of the anharmonic vibration at the edge of the excitation part is randomized, and the standing wave Occurrence can be suppressed.
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図1(a)及び(b)は本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の一例としてのATカット水晶から成る水晶振動素子1の凹陥部側斜視図、及び平坦面側斜視図である。
この水晶振動素子1は、異方性を有した圧電結晶材料としてのATカット水晶から成る水晶基板2と、水晶基板2の両主面に夫々形成した励振電極10a、10b、及び各励振電極10a、10bから夫々延びるリード電極11a、11bと、各リード電極端部の接続パッド12a、12bと、を備えている。
この実施形態に係る水晶基板2は、平面2軸方向x、zのうちの一方の結晶軸方向(励起された波の伝搬方向)、例えばx軸方向に長尺な矩形平板状の基板本体の一方の主面上に凹陥部3をエッチングにより形成することにより、凹陥部3の内底面に超薄肉の振動板4を位置させると共に、振動板4の外周縁を厚肉の環状部5にて一体的に保持した構成を備えている。環状部5のx軸方向に位置する一辺5Aは、x軸方向へ所定長延長形成されて平板状の張り出し部6となっている。張り出し部6の両面上には、各励振電極10a、10bから夫々引き出された各リード電極11a、11bと接続された接続パッド12a、12bが位置している。各電極、パッドは、所定のマスクを用いた蒸着、スパッタリング等により圧電基板上に形成される導体膜である。
この水晶振動子1により例えば2GHzの周波数を出力せんとする場合には、振動板4の肉厚は0.4μm程度となる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
FIGS. 1A and 1B are a perspective view of a concave portion and a flat surface side of a
The
The
For example, when the
本発明の一実施形態に係る水晶振動素子1の特徴的な構成は、各励振電極10a、10bの形状を、リード電極11a、11bと同幅を有した直線状の細幅帯状体とし、更に各励振電極10a、10bを夫々圧電基板の直交する2つの結晶軸x、zと直交しない方向へ延在せしめ、両励振電極10a、10bの交差部を実質的な励振部15としている点にある。
互いに交差するように振動板4の両面側に対向配置された各励振電極10a、10bは、均一幅の直線状電極としてもよいし、幅の異なる直線状電極としてもよい。或いは、先端へ向かうほど幅が漸増、或いは漸減するテーパー状の直線状電極としてもよい。また、各励振電極10a、10bが交差する角度は90度である必要はない。
The characteristic configuration of the
The
図2は励振電極10a、10bの具体的構成例を示す説明図である。図2(a)は0.1mm幅の励振電極10a、10bを交差させた状態を示す説明図であり、この例では、同じ幅を有した2つの励振電極10a、10bを交差させることにより、交差部に位置する励振部15の形状が菱形、或いは正方形となっている。このように励振電極10a、10bを、各結晶軸x、zと直交しない斜め方向、或いは各結晶軸x、zと平行でない方向に延在させ、且つ交差させることにより、交差部に形成される励振部15は4つの辺の長さが等しい正四辺形となる。
両励振電極10a、10bの交差角度は、90度であってもよいし、90度でなくてもよいが。90度でない方が、インハーモニックスプリアスを減殺する効果が高いことが確認されている。このことは、以下の他の実施形態についても同様に当てはまる。
このような電極構成を備えた水晶振動素子1の共振周波数を測定した結果、超薄肉化した振動板4に励振電極を形成したことによる閉込め係数の増大にも拘わらず、インハーモニックスプリアスの少ない特性が得られることが判明した。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a specific configuration example of the
The crossing angle between the two
As a result of measuring the resonance frequency of the
次に、図2(b)は他の実施形態に係る励振電極の構成例を示す図であり、この例では、一方の励振電極10aの幅を、他方の励振電極10bの幅よりも狭く設定している。この結果、両励振電極の交差部に位置する励振部15の形状は、隣接し合う辺の長さが異なる非正四辺形となる。互いに交差するように対向配置された各励振電極10a、10bが延びる方向は、上述の如く、2つの結晶軸x、zに対して直交、或いは平行しないように設定する。これにより、励振部15の非正四辺形は、4辺のみならず、その対角線も結晶軸x、zと直交、或いは平行でなくなる。
次に、図2(c)は各励振電極10a、10bの幅が均一ではなく、先端へ向かう程、テーパー状に幅が漸増するように構成した例を示している。この場合、両励振電極の交差部に形成される励振部15の形状は対向し合う辺の長さが異なるだけでなく、対向する辺が平行でない非正四辺形状となる。
なお、各励振電極10a、10bの形状を、先端へ向かうほど幅が漸減するテーパー形状としてもよい。
また、この例では両励振電極10a、10bの形状を共にテーパー状としたが、何れか一方のみをテーパー状とし、他方の励振電極については均一幅、或いは逆テーパー状としてもよい。
Next, FIG.2 (b) is a figure which shows the structural example of the excitation electrode which concerns on other embodiment, In this example, the width | variety of one
Next, FIG. 2C shows an example in which the width of each
Note that the shape of each
In this example, both the
図2(a)(b)及び(c)の各実施形態のように、各結晶軸x、zと斜め(直交を除く)に交差するように各励振電極10a、10bを配置することにより、振動板4の超薄肉化による閉込め係数の増大にも拘わらず、非調和振動の励振は僅かとなり、誘導性領域を有するのは主振動のみとなった。このことは、各励振電極10a、10bを延在させる方向が、異方性圧電結晶材料としての水晶基板に励起された波の伝搬方向であるx軸方向、z軸方向に対して平行な方向でない方がスプリアスが発生しにくく、主振動が効率良く発生することを意味する。また、水晶基板の平面2軸方向へ伝搬する厚み振動の振動エネルギーが励振部15を除いた励振電極10a、10bへ漏れることを防止して振動エネルギー分布の不平衡状態を解消し、特に反対称非調和振動の励振を抑圧する上で優れた効果を発揮する。
特に、図2(b)及び(c)のように励振部15の形状が不定形状としての四辺形になる場合には、励振部15の端縁における非調和振動の反射波をランダム化し、定在波の発生を抑制することが可能となる。
As in the embodiments of FIGS. 2A, 2B, and 2C, by arranging the
In particular, as shown in FIGS. 2B and 2C, when the shape of the
図3(a)及び(b)は、図2(b)のように励振部15の形状が非正四辺形となっている2GHz基本波水晶振動素子1の特性を測定した結果を示すグラフであり、(a)はアドミタンス特性の実測値を示し、(b)はスミスチャートの実測値を示す図である。
図3(a)において横軸は周波数を示し、縦軸はレベルを示す。このグラフから明らかなように本発明の水晶振動素子は矢印Aで示した共振点が高レベルに出力されており、矢印Bで示したインハーモニックスプリアスは減殺されて低いレベルの状態となっている。
また、図3(b)において、水平な直線lはインピーダンスの虚部が0となるレベルを示し、直線lよりも上側がL成分(インダクタンス成分)であり、下側がC成分(キャパシタンス成分)である。この図中の矢印Aで示した位置が図3(a)における共振点Aとほぼ合致しており、主振動(基本波)の特性は直線lよりも上側、即ちL成分側に位置しているのに対し、振動子の特性として使用しないC成分領域内にスプリアスが位置しているため、換言すれば振動子の特性として使用するL成分領域内にスプリアスがないため、振動子として優れた特性を有していることが判る。
3A and 3B are graphs showing the results of measuring the characteristics of the 2 GHz fundamental wave
In FIG. 3A, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the level. As is apparent from this graph, in the quartz resonator element of the present invention, the resonance point indicated by the arrow A is output at a high level, and the inharmonic spurious indicated by the arrow B is reduced to a low level state. .
In FIG. 3B, a horizontal
図4は比較例を示しており、この比較例に係る2GHz基本波水晶振動素子1では、図4(a)に示すように水晶基板2の凹陥部3内に位置する振動板4の表裏両面上に夫々細線状の励振電極10a、10bを、夫々z軸とx軸に対して平行な姿勢、且つ両者が直交するように配置している。図4(b)はこの水晶振動素子1の特性を示す図であり、主振動の共振点Aの近傍の周波数帯に高いレベルのインハーモニックスプリアスBが存在しており、実用に耐えない製品であることが明らかである。
この比較例と本発明の実施形態との比較から明らかなように、細幅帯状(線状)の励振電極10a、10bを2つの平面軸x、zと非平行な姿勢にて交差するように配置した本発明の実施形態によれば、目的とする主振動の共振点よりも低いレベルのインハーモニックスプリアスしか存在し得なくなる。
FIG. 4 shows a comparative example. In the 2 GHz fundamental wave
As is clear from a comparison between this comparative example and the embodiment of the present invention, the narrow strip (line)
次に、図5は上記各実施形態に係る水晶振動素子(圧電振動素子)1を使用した表面実装型圧電デバイスとしての水晶振動子(圧電振動素子)の断面図であり、この水晶振動子30は、パッケージ31内に水晶振動素子1を気密封止した構成を備えている。パッケージ31は、絶縁材料から成る容器本体32の凹所内に水晶振動素子1を搭載した状態で金属蓋36により凹所を封止している。容器本体32の凹所内底面上に接続パッド33を備え、外底面に外部電極34を備えている。この接続パッド33上に導電性接着剤35を用いて接続パッド12a、12bを固定している。
また、図6は上記各実施形態に係る水晶振動素子(圧電振動素子)1を使用した表面実装型圧電デバイスとしての水晶発振器(圧電発振器)の断面図であり、この水晶発振器40は、パッケージ31内に水晶振動素子1と、発振回路等を構成する回路部品41を収容した構成を備えている。
なお、上記実施形態では、圧電結晶材料として水晶を例示したが、これは一例に過ぎず、本発明はあらゆる圧電結晶材料から成る水晶振動素子に対して適用することができる。
Next, FIG. 5 is a cross-sectional view of a crystal resonator (piezoelectric vibration element) as a surface-mount piezoelectric device using the crystal vibration element (piezoelectric vibration element) 1 according to each of the above embodiments. Has a configuration in which the
FIG. 6 is a cross-sectional view of a crystal oscillator (piezoelectric oscillator) as a surface-mount type piezoelectric device using the crystal resonator element (piezoelectric resonator element) 1 according to each of the above embodiments. The
In the above embodiment, quartz is exemplified as the piezoelectric crystal material. However, this is only an example, and the present invention can be applied to a quartz crystal vibration element made of any piezoelectric crystal material.
1 水晶振動素子、 2 水晶基板、3 凹陥部、4 振動板、5 環状部、10a、10b 励振電極、11a、11b リード電極、12a、12b 接続パッド、15 励振部、30 水晶振動子、31 パッケージ、32 容器本体、33 接続パッド、34 外部電極、35 導電性接着剤、36 金属蓋、40 水晶発振器、41 回路部品
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧電基板の振動板の表裏両面に夫々形成した励振電極と、各励振電極から圧電基板の環状部に引き出されるリード電極と、を備えた圧電振動素子において、
少なくとも前記振動板の表裏両面上に夫々位置する2つの励振電極は互いに交差する直線状の細幅帯状電極であり、各励振電極は夫々圧電基板の2つの結晶軸と直交しない斜め方向へ延在して両励振電極の交差部を実質的な励振部とし、
前記各励振電極は全長に渡って同一幅を有し、且つ両励振電極の幅は同一でないことを特徴とする圧電振動素子。 A piezoelectric substrate having a configuration in which a concave portion is formed on at least one main surface side by including a thin-walled diaphragm and a thick annular portion integrally surrounding an outer peripheral edge of the diaphragm;
In the piezoelectric vibration element comprising excitation electrodes formed on both the front and back surfaces of the diaphragm of the piezoelectric substrate, and lead electrodes drawn from the excitation electrodes to the annular portion of the piezoelectric substrate,
At least two excitation electrodes located on both the front and back surfaces of the diaphragm are linear narrow strip electrodes that intersect each other, and each excitation electrode extends in an oblique direction that is not orthogonal to the two crystal axes of the piezoelectric substrate. The intersection of both excitation electrodes is a substantial excitation part,
Each of the excitation electrodes has the same width over its entire length, and the widths of both excitation electrodes are not the same.
前記圧電基板の振動板の表裏両面に夫々形成した励振電極と、各励振電極から圧電基板の環状部に引き出されるリード電極と、を備えた圧電振動素子において、
少なくとも前記振動板の表裏両面上に夫々位置する2つの励振電極は互いに交差する直線状の細幅帯状電極であり、各励振電極は夫々圧電基板の2つの結晶軸と直交しない斜め方向へ延在して両励振電極の交差部を実質的な励振部とし、
前記各励振電極のうちの少なくとも一方の幅は、先端へ向かうほど幅が漸増、或いは漸減するテーパー形状であることを特徴とする圧電振動素子。 A piezoelectric substrate having a configuration in which a concave portion is formed on at least one main surface side by including a thin-walled diaphragm and a thick annular portion integrally surrounding an outer peripheral edge of the diaphragm;
In the piezoelectric vibration element comprising excitation electrodes formed on both the front and back surfaces of the diaphragm of the piezoelectric substrate, and lead electrodes drawn from the excitation electrodes to the annular portion of the piezoelectric substrate,
At least two excitation electrodes located on both the front and back surfaces of the diaphragm are linear narrow strip electrodes that intersect each other, and each excitation electrode extends in an oblique direction that is not orthogonal to the two crystal axes of the piezoelectric substrate. The intersection of both excitation electrodes is a substantial excitation part,
At least one of the excitation electrodes has a tapered shape in which the width gradually increases or decreases toward the tip.
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