JPH04267617A - 圧電発振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外装部材内に圧電振動
素子を内蔵させた圧電発振子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２にエネルギー閉じ込め型の厚みす
べり振動を利用した圧電振動素子を内蔵した従来の圧電
発振子の分解斜視図を示し、図１３（ａ）（ｂ）にその
上面側からの斜視図及び下面側からの斜視図を示す。こ
の圧電発振子Ｄにあっては、外装部材はカバー２１とベ
ース５１とからなる。

【０００３】ベース５１は、セラミック誘電体基板５２
の上面に一対の素子接続用電極５３，５４を設け、その
下面に素子接続用電極５３，５４と対向させて外部電極
５５，５６を設け、各素子接続用電極５３，５４と外部
電極５５，５６とを誘電体基板５２の両側面に設けられ
た側面電極５８，５９によって電気的に接続したもので
ある。また、誘電体基板５２の下面及び両側面において
外部電極５５，５６間には、接地用電極５７及び側面電
極６０が連続的に形成されており、両外部電極５３，５
４と接地用電極５７の間にはそれぞれ負荷容量Ｃ３，Ｃ
４が形成されている。

【０００４】圧電振動素子１１は、図１２のように、ベ
ース５１の上面に載置され、導電ペーストや半田等によ
り素子接続用電極５３，５４に固着接続される。この後
、ベース５１の上にアルミナ製の蓋状をしたカバー２１
を被せて圧電振動素子１１を覆い、カバー２１の外周部
下面をベース５１の上面に接着剤で接着し、圧電振動素
子１１をカバー２１とベース５１からなる外装部材内に
密封している。

【０００５】こうして図１３（ａ）（ｂ）に示すように
構成された圧電発振子Ｄはプリント配線基板の表面に載
置され、各外部電極５５，５６をプリント配線基板の電
極に半田付けすることによってプリント配線基板に実装
されたインバータ増幅器３１の入力端及び出力端に接続
し、接地用電極５７をアースし、図１４に示すような発
振回路を構成する。

【０００６】ところで、上記ベース５１は、量産のため
図１５に示すような親基板７１から複数枚同時制作され
る。すなわち、親基板７１は、複数枚のベース分の大き
さを有する誘電体基板５２に複数個のスルーホール７２
を穿孔し、このスルーホール７２を通過するように誘電
体基板５２の上面及び下面にそれぞれ導電ペーストを印
刷してストライプ状電極７３を形成し、さらにスルーホ
ール７２内にも導電ペーストを塗布してスルーホール電
極７４を形成し、スルーホール電極７４によって表裏の
ストライプ電極７３を導通させ、この後誘電体基板５２
を焼成したものである。ベース５１は、この親基板７１
を図１５のＣ−Ｃ線に沿ってカットもしくはブレイクす
ることによって制作され、ストライプ電極７３が素子接
続用電極５３，５４や外部電極５５，５６や接地用電極
５７となり、分割されたスルーホール電極７４が側面電
極５８，５９，６０となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような構造の圧電発振子にあっては、外装部材のベース
を製作するためには、所定位置にスルーホールをあけた
特別な誘電体基板が必要となり、しかも、このスルーホ
ール内にも導電ペーストを塗布してスルーホール電極を
形成しなければならず、外装部材の製造コストが高くつ
くという欠点があった。

【０００８】また、親基板をカッティングもしくはブレ
イクしてベースを得る際、電極に損傷を与えやすく、素
子接続用電極及び外部電極間における断線の原因になり
易かった。なかでも、素子接続用電極と側面電極の間の
コーナー部や、外部電極と側面電極の間のコーナー部等
においては電極の膜厚が薄くなり易いため、断線が発生
し易かった。

【０００９】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、外装部材
の製造コストが安価で、電極間における断線の恐れがな
く、信頼性の高い圧電発振子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電発振子は、
誘電体基板の上面に複数個の素子接続用電極を設け、誘
電体基板の下面に各素子接続用電極と対向させて外部電
極を設けて各接続用電極と外部電極を容量結合させ、誘
電体基板の上面に実装した圧電振動素子を前記素子接続
用電極に接続させ、誘電体基板の上面に圧電振動素子を
覆うカバーを取り付けたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明の圧電発振子にあっては、誘電体基板の
両面に対向させて設けた素子接続用電極と外部電極を容
量結合させているので、素子接続用電極と外部電極を導
通させるための側面電極が不要となり、素子接続用電極
と外部電極の間（特に、従来例のように側面電極の両端
のコーナー部）における電極切れの心配がなく、信頼性
の高い圧電発振子を製作することができる。

【００１２】また、側面電極が必要ないので、個々のベ
ースを親基板から作製する場合にも、親基板にスルーホ
ールやスルーホール電極を設ける必要がなく、外装部材
の製造工程を簡略にすることができ、外装部材の製造コ
ストを安価にすることができる。

【００１３】しかも、本発明のように素子接続用電極と
外部電極を容量結合させた圧電発振子を用いて発振回路
を構成しても、両結合容量の値を適当な大きさにすれば
、このような結合容量を含まない従来の圧電発振子を用
いた発振回路と比較して、同等な特性の発振回路を構成
することができる。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の一実施例による圧電発振子Ａ
の分解した状態の断面図を示す。外装部材は、ベース１
とアルミナ製のカバー２１とからなり、カバー２１の下
面には圧電振動素子１１を収納するための凹所２２が形
成されている。

【００１５】ベース１は、親基板から複数枚同時製作さ
れたものであって、図２（ａ）（ｂ）に示すように、誘
電体（セラミクス）基板２の上面両端部に一対の素子接
続用電極３，４を設け、誘電体基板２の下面に各素子接
続用電極３，４と対向させて外部電極５，６を形成し、
外部電極５，６間に接地用電極７を設けてある。この結
果、対向した素子接続用電極３，４と外部電極５，６は
互いに容量結合され、両電極３，４及び５，６の間には
それぞれ結合容量Ｃ１，Ｃ２が形成される。また、外部
電極５，６と接地用電極７の間には、それぞれ負荷容量
Ｃ３，Ｃ４が形成されている。

【００１６】したがって、上記ベース１は、誘電体基板
の上面及び下面にそれぞれストライプ電極を形成された
だけの親基板をカットないしブレイクすることにより簡
単に製作することができ、親基板にスルーホールやスル
ーホール電極を設ける必要がなくなる。また、素子接続
用電極３，４と外部電極５，６が側面電極等によってつ
ながっていないので、親基板のカットないしブレイク時
に電極切れを発生する恐れもない。

【００１７】圧電振動素子１１は、図１に示すように、
圧電（セラミクス）基板１２の両主面に振動電極１３，
１４を対向させて設け、両主面において各振動電極１３
，１４から互いに反対向きに電極引き出し部１５，１６
を延出させた厚み滑り振動モードの素子となっている。 この圧電振動素子１１はベース１の上面に載置され、両
電極引き出し部１５，１６を導電ペーストもしくは半田
によって各素子接続用電極３，４に電気的に接続され固
定される。ついで、ベース１の上面にカバー２１を載置
してカバー２１の凹所２２内に圧電振動素子１１を収納
させ、カバー２１の外周部下面をベース１の上面に接着
剤で接着し、圧電振動素子１１をカバー２１とベース１
とからなる外装部材内に密封する。

【００１８】図３に上記圧電発振子Ａの等価回路図を示
す。Ｃ１，Ｃ２は、前述の如く、誘電体基板２を挟んで
外部電極５，６と素子接続用電極３，４との間に形成さ
れた結合容量を示し、Ｃ３，Ｃ４は外部電極５，６と接
地用電極７との間に形成された負荷容量を示す。図４は
、この圧電発振子Ａを用いて図１４の発振回路と同様な
発振回路を構成した時の回路図を示す。この発振回路で
も、圧電発振子Ａの外部電極５，６をそれぞれインバー
タ増幅器３１の出力端３２と入力端３３に接続し、接地
用電極７をアースしてあり、これを図１４の発振回路と
比較すると、圧電振動素子１１と直列に結合容量Ｃ１，
Ｃ２が付加されている。

【００１９】図５に本発明の別な実施例による圧電発振
子Ｂの分解した状態の断面図を示す。この圧電発振子Ｂ
は、図１の圧電発振子Ａよりベース１の下面の接地用電
極７を除き、外部電極５，６と接地用電極７の間に形成
されていた負荷容量Ｃ３，Ｃ４を省略し、単一圧電振動
素子型としたものである。したがって、この圧電発振子
Ｂの等価回路図は図６のようになり、図４のような発振
回路を構成する場合には、個別部品のコンデンサが必要
になる。

【００２０】なお、上記実施例では、圧電振動素子とし
て２端子の厚み滑り圧電振動素子を示したが、これ以外
の振動モードの圧電振動素子を用いてもよく、また上記
のように３端子以上の圧電振動素子を用いてもよい。

【００２１】本発明の圧電発振子においては、圧電振動
素子１１と直列に結合容量Ｃ１，Ｃ２が構成されること
になるので、この結合容量Ｃ１，Ｃ２が圧電発振子の特
性に与える影響を調べた。この結果を図７〜図１１に示
し、その結果を以下に説明する。以下の各実験では、４
ＭＨｚの厚み滑り圧電振動素子を図１のような構造の外
装部材内に内蔵させた圧電発振子を用い、両外部電極５
，６間において各特性を調べた。

【００２２】結合容量Ｃ１＝Ｃ２の値を変化させ、その
時の共振周波数Ｆｒと反共振周波数Ｆａの周波数差ΔＦ
＝Ｆｒ−Ｆａを求め、結合容量Ｃ１，Ｃ２がない場合（
Ｃ１，Ｃ２→∞）の周波数差ΔＦの値ΔＦ（∞）を基準
とするΔＦの変化率 〔ΔＦ−ΔＦ（∞）〕／ΔＦ（∞） を調べた結果を図７に示す。この測定結果によれば、結
合容量Ｃ１，Ｃ２が大きい場合には、ΔＦの変化率の変
化は小さく、結合容量Ｃ１，Ｃ２がない場合とほとんど
変わりのないことが分かる。特に、結合容量Ｃ１，Ｃ２
が１０００ｐＦ程度であれば、結合容量Ｃ１，Ｃ２がな
い場合と比較してほとんどΔＦの変化率に差異がない。

【００２３】図８は、結合容量Ｃ１＝Ｃ２の値を変化さ
せ、その時のＱｅＭＡＸの変化を測定し、これを結合容
量Ｃ１，Ｃ２がない場合（Ｃ１，Ｃ２→∞）の値ＱｅＭ
ＡＸ（∞）を基準とするＱｅＭＡＸの変化率〔ＱｅＭＡ
Ｘ−ＱｅＭＡＸ（∞）〕／ＱｅＭＡＸ（∞）として表し
たものである。このＱｅＭＡＸは、共振周波数Ｆｒと反
共振周波数Ｆａ間におけるＱｅ値（電気的Ｑ値）の極大
値を表し〔図１０（ｂ）参照〕、発振子の性能を評価す
るのに有用なパラメータである。この結果からも、結合
容量Ｃ１，Ｃ２が大きくなると、極大値ＱｅＭＡＸの変
化率が小さくなり、結合容量Ｃ１，Ｃ２が１０００ｐＦ
以上であれば、ＱｅＭＡＸの変化率は１０％以下であっ
て、大きな違いのないことがわかる。

【００２４】また、図９は結合容量Ｃ１＝Ｃ２を変化さ
せて外部電極５５，５６間の共振抵抗値Ｒを測定した結
果を示す。図９の曲線をＣ１＝Ｃ２→∞へ外挿すること
により、結合容量Ｃ１，Ｃ２がない場合の共振抵抗値Ｒ
は約５．７５Ωであるのに対し、Ｃ１＝Ｃ２＝１０００
ｐＦの場合には７Ω程度であって、ほとんど差がない。

【００２５】次に、図１０（ａ）は結合容量の値をＣ１
＝Ｃ２＝１０００ｐＦとした場合におけるインピーダン
スＺ及び位相θの周波数特性を示し、図１０（ｂ）はＱ
ｅ値及び実効インピーダンスＬｅの周波数特性を示す。 同様に、図１１（ａ）は、Ｃ１＝Ｃ２→∞（すなわち、
結合容量Ｃ１，Ｃ２が無い場合）のインピーダンスＺ及
び位相θの周波数特性を示し、図１１（ｂ）は同じく結
合容量Ｃ１，Ｃ２が無い場合のＱｅ値及び実効インダク
タンスＬｅの周波数特性を示している。図１０（ａ）（
ｂ）の周波数特性図と図１１（ａ）（ｂ）の周波数特性
図を比較しても、結合容量Ｃ１，Ｃ２が１０００ｐＦ程
度の場合には、インピーダンスＺ、位相θ、Ｑｅ値及び
実効インダクタンスＬｅの各周波数特性には、ほとんど
影響のないことがわかる。

【００２６】上記図７から図１１までの各実験結果によ
れば、結合容量Ｃ１，Ｃ２が１０００ｐＦ程度では、各
特性の変化はいずれも１０％以下であって、結合容量Ｃ
１，Ｃ２のない場合に比較しても同様に使用することが
できる。特に、ベース１の結合容量Ｃ１，Ｃ２をできる
だけ大きくして１０００ｐＦ以上にすれば、良好な特性
が得られる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の圧電発振子によれば、素子接続
用電極と外部電極を導通させるための側面電極が不要に
なるので、素子接続用電極と外部電極の間における電極
切れの心配がなく、圧電発振子の信頼性を高めることが
できる。

【００２８】また、個々のベースを親基板から一度に作
製する場合も、親基板にスルーホールやスルーホール電
極を設ける必要がなく、外装部材の製造工程を簡略にす
ることができ、外装部材の製造コストを安価にできる。

【００２９】しかも、本発明のように素子接続用電極と
外部電極を容量結合させた圧電発振子を用いて発振回路
を構成しても、両結合容量の値を適当な大きさにすれば
、このような結合容量を含まない従来の圧電発振子を用
いた発振回路と比較して、同等な特性の発振回路を構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による圧電発振子を分解して
示す断面図である。

【図２】（ａ）は同上の実施例における誘電体基板の上
面側の斜視図、（ｂ）はその下面側の斜視図である。

【図３】同上の実施例の等価回路図である。

【図４】同上の圧電発振子を用いて構成される発振回路
の回路図である。

【図５】本発明の別な実施例による圧電発振子を分解し
て示す断面図である。

【図６】同上の実施例の等価回路図である。

【図７】本発明の実施例における結合容量Ｃ１，Ｃ２の
値と、共振周波数及び反共振周波数の周波数差ΔＦの変
化率との関係を示す図である。

【図８】本発明の実施例における結合容量Ｃ１，Ｃ２の
値と、ＱｅＭＡＸの変化率との関係を示す図である。

【図９】本発明の実施例における結合容量Ｃ１，Ｃ２の
値と、共振抵抗値Ｒとの関係を示す図である。

【図１０】本発明の実施例で、結合容量Ｃ１，Ｃ２を１
０００ｐＦとした場合における、（ａ）インピーダンス
Ｚ及び位相θの周波数特性を示す図、及び（ｂ）Ｑｅ値
と実効インダクタンスＬｅの周波数特性を示す図である
。

【図１１】結合容量Ｃ１，Ｃ２が∞の（結合容量が無い
）比較例における、（ａ）インピーダンスＺ及び位相θ
の周波数特性を示す図、及び（ｂ）Ｑｅ値と実効インダ
クタンスＬｅの変化を示す図である。

【図１２】従来例による圧電発振子の分解斜視図である
。

【図１３】（ａ）は同上の従来例の斜視図、（ｂ）はそ
の上下反転させた状態の斜視図である。

【図１４】従来例による圧電発振子を用いた発振回路を
示す回路図である。

【図１５】従来例で用いられている誘電体基板を作成す
るための親基板を示す一部破断した斜視図である。

【符号の説明】

２　　誘電体基板 ３，４　　素子接続用電極 ５，６　　外部電極 １１　　圧電振動素子 ２１　　カバー Ｃ１，Ｃ２　　結合容量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　誘電体基板の上面に複数個の素子接続
   用電極を設け、誘電体基板の下面に各素子接続用電極と
   対向させて外部電極を設けて各接続用電極と外部電極を
   容量結合させ、誘電体基板の上面に実装した圧電振動素
   子を前記素子接続用電極に接続させ、誘電体基板の上面
   に圧電振動素子を覆うカバーを取り付けたことを特徴と
   する圧電発振子。