WO2016140301A1 - 水晶振動子 - Google Patents
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Abstract
水晶振動子(1)は、水晶ブランク(110)と、水晶ブランク(110)の外周を囲む枠体(120)と、枠体(120)と水晶ブランク(110)を連結する連結部材(111a,111b)とを含む水晶振動素子(100)と、リッド部材(200)と、ベース部材(300)と、を備え、複数の外部電極(322,324,326,328)のうち第1及び第2外部電極(324,328)の少なくとも一つは、連結部材(111a,111b)が連結された側において、枠体(120)、リッド部材(200)及びベース部材(300)のそれぞれの端面に形成され、かつ、機械的品質係数Qmが前記枠体より小さい。
Description
本発明は、水晶振動子に関する。
発振装置や帯域フィルタなどに用いられる基準信号の信号源に、厚みすべり振動を主振動とする水晶振動子が広く用いられている。また、特許文献1に開示されるように、水晶振動子の一態様として、ATカットの水晶材からなる圧電基板の表裏主面にリッド部及びベース部がそれぞれ封止材によって接合されており、ベース部に設けられた外部電極が、ベース部の四隅に形成されたキャスタレーションの貫通電極を介して、圧電基板の引出電極に電気的に接続された構成が知られている。
しかしながら、かかる構成によれば、圧電基板から封止材を介してリッド部及びベース部の上下の基材に漏れ出た励振振動が、各基材の端面(外周側面)で反射し、かかる反射波の影響により圧電基板の特性が悪化する場合があった。すなわち従来の構成では不要振動の発生によって水晶振動子の品質が損なわれることがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、不要振動を低減することによって水晶振動子の品質の向上を図ることを目的とする。
本発明に係る水晶振動子は、第1面と第2面にそれぞれ第1励振電極と第2励振電極が設けられた水晶ブランクと、水晶ブランクの外周を囲む枠体と、枠体と水晶ブランクを連結する連結部材と、を含む水晶振動素子と、水晶ブランクの第1面に対向して配置され、枠体の全周に接合されたリッド部材と、水晶ブランクの第2面に対向して配置され、枠体の全周に接合されたベース部材と、を備え、ベース部材は、水晶振動素子と対向する面とは反対側の面において外部と電気的に接続可能である複数の外部電極を有し、複数の外部電極は、第1励振電極に電気的に接続された第1外部電極と、第2励振電極に電気的に接続された第2外部電極とを有し、リッド部材及びベース部材はそれぞれ水晶又はガラスによって形成され、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、連結部材が設けられた側において、枠体、リッド部材及びベース部材のそれぞれの端面に形成され、かつ、機械的品質係数Qmが枠体より小さい。
上記構成によれば、連結部材が設けられた側において、枠体、リッド部材及びベース部材のそれぞれの端面に外部電極が形成され、かつ、当該外部電極は機械的品質係数Qmが枠体より小さい。これにより水晶振動素子から漏れ出た振動のうち、リッド部材及びベース部材の端部から外部電極に伝搬した振動エネルギーが、外部電極内で消費され、外部電極によって減衰した反射波を反射させることができる。したがって、かかる反射波の影響を緩和又は分散させることができ、水晶振動素子の特性が悪化することを抑制することができ、水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
上記水晶振動子において、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、リッド部材の端面の上側縁に至るまで形成されてもよい。
上記水晶振動子において、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、リッド部材の端面を経由してリッド部材における水晶振動素子と対向する面とは反対の面に形成されてもよい。
上記水晶振動子において、枠体には、第1励振電極又は第2励振電極と電気的に接続され、かつ、枠体の外縁に接する接続電極が設けられ、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、枠体、リッド部材及びベース部材のそれぞれの端面側において接続電極と接続されてもよい。
上記水晶振動子において、枠体、リッド部材及びベース部材は、いずれも平面視して略矩形の外形形状を有していてもよい。
上記水晶振動子において、枠体、リッド部材及びベース部材の各端面は、少なくとも連結部材が設けられた側において面一であり、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、面一である各端面を覆って設けられてもよい。
上記水晶振動子において、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、枠体の各辺のうち連結部材が設けられた側に隣接する2辺のそれぞれの側において、枠体、リッド部材及びベース部材のそれぞれの端面に形成されてもよい。
上記水晶振動子において、リッド部材及びベース部材が平板であってもよい。
上記水晶振動子において、水晶ブランクのうち第1及び第2励振電極を除く部分の厚さが、枠体の厚さと同一であってもよい。
上記水晶振動子において、第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、機械的品質係数Qmがリッド部材及びベース部材のいずれよりも小さくてもよい。
上記水晶振動子において、枠体、リッド部材及びベース部材で囲まれた内部空間が真空であってもよい。
本発明によれば、不要振動を低減することによって水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
(第1実施形態)
図1~図4を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子を説明する。ここで、図1は本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図であり、図2Aは図1のIIA-IIA線断面図であり、図2Bは図1のIIB-IIB線断面図であり、図3はベース部材の平面図である。また、図4は水晶振動子の斜視図である。なお、図1においてはベース部材の外部電極は省略している。
図1~図4を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子を説明する。ここで、図1は本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図であり、図2Aは図1のIIA-IIA線断面図であり、図2Bは図1のIIB-IIB線断面図であり、図3はベース部材の平面図である。また、図4は水晶振動子の斜視図である。なお、図1においてはベース部材の外部電極は省略している。
図1に示すように、本実施形態に係る水晶振動子1は、水晶振動素子100と、リッド部材200と、ベース部材300とを備える。
水晶振動素子100は、例えばATカットの水晶基板から構成されている。ATカットの水晶基板は、人工水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に35度15分±1分30秒回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合、X軸及びZ´軸によって特定される面と平行な面を主面として切り出されたものである。ATカット水晶基板を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ATカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード(Thickness Shear Mode)を主振動として用いられることが多い。以下、ATカットの軸方向を基準として水晶振動子の各構成を説明する。なお、水晶振動素子100はATカット以外の他のカットによる水晶基板から構成されたものを用いてもよい。
リッド部材200及びベース部材300は、水晶振動素子100の一部(水晶ブランク)を収容するためのケース又はパッケージである。水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300は、それぞれ略同一の寸法及び平面視した場合の外形形状(例えば略矩形の外形形状)を有している。ウエハ状態のまま水晶ブランクのパッケージングまでを行う製法(ウエハレベルCSP:Chip Size Packageとも呼ばれる。)を採用した場合は、リッド部材に相当するウエハ、水晶振動素子に相当するウエハ及びベース部材に相当するウエハからなる3層構造を一括してダイシングして個々の水晶振動子1を製造するため、水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300は実質的に同一の寸法及び外形形状を有する。
水晶振動素子100は、水晶ブランク110と、水晶ブランク110の外周を囲む枠体120と、水晶ブランク110と枠体120を連結する連結部材111a,111bとを備える。水晶ブランク110、枠体120及び連結部材111a,111bはいずれもATカットの水晶基板から形成されたものであってもよい。水晶振動素子100は、全体として、X軸方向に平行な長手方向と、Z´軸方向に平行な短手方向と、Y´軸方向に平行な厚さ方向とを有している。図1に示す例においては、連結部材111a,111bは、いずれも、水晶ブランク110の長手方向の一方端(X軸負方向側)に配置されている。すなわち、水晶ブランク110は、枠体120から離れて設けられており、両者は連結部材111a,111bによって連結されている。なお、図1に示す例では長手方向の一方端側に配置された2個の連結部材が示されているが、連結部材の個数やその配置等は特に限定されるものではない。
水晶振動素子100の各コーナー102,104,106,108の形状は特に限定されるものではなく、図1に示すように切欠きがない角であってもよい。あるいは、図1に示す例とは別に、各コーナーは、当該コーナーの一部が円筒曲面状(又はキャスタレーション形状)に切断して形成された切り欠き側面をもって形成されていてもよい。この場合、リッド部材200及びベース部材300においても、各コーナーが上記切り欠き側面をもって形成されてもよい。このような切り欠き側面は、ウエハレベルCSPと呼ばれるウエハ状態のままパッケージングまでを行う製法を採用したことに伴って形成されることが多く、この場合、水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300のうち、対応するコーナーにおける各切り欠き側面はそれぞれY´軸方向に一致して配置されている。なお、切り欠き側面が形成される場合のその形状は円筒曲面状以外の形状であってもよい。
水晶ブランク110の主面には第1及び第2励振電極130,140が形成されている。水晶ブランク110のうち、第1及び第2励振電極130,140が対向する部分は励振部分(第1及び第2励振電極130,140を除く部分)となる。水晶ブランク110の厚さは特に限定されるものではないが、図2Aに示すように、水晶ブランク110の励振部分の厚さは、枠体120の厚さと実質的に同一であってもよい。このような平板構造のような水晶振動素子100においては、メサ構造と比べて振動が拡散しにくく、振動漏れによる影響を受けやすい。そのため、平板構造に本実施形態に係る構成を採用することで、漏れ振動による不要振動が抑制できるため、効果的である。また、水晶ブランク110の主面の法線方向に沿った厚みにおいて、連結部材111a,111bの厚さは、水晶ブランク110の励振部分となる水晶部分の厚さよりも薄くてもよい。これによって、水晶ブランク110をメサ構造に類似した構成とすることができるため、枠体120の厚さによって水晶振動素子100の機械的強度を保ちつつ、連結部材111a,111bによる振動エネルギーの閉じ込め性の向上を図ることができる。
第1励振電極130は、水晶ブランク110の第1面112(Y´軸正方向側の面)に形成され、他方、第2励振電極140は、水晶ブランク110の第2面114(Y´軸負方向側の面)に形成されている。第1及び第2励振電極130,140は、一対の電極として略全体が重なり合うように配置されている。また、枠体120の第1面122には、第1励振電極130に電気的に接続された延出電極132が形成されている。延出電極132は、第1励振電極130から一方の連結部材111aを通って延出された後、枠体120の第1面122上を通って、コーナー108に向かって延出され、枠体120の第2面124に形成された接続電極134に電気的に接続されている。他方、枠体120の第2面124には、第2励振電極140に電気的に接続された延出電極142が形成されている。延出電極142は、第2励振電極140から他方の連結部材111bを通って延出された後、枠体120の第2面124を通って、コーナー104に向かって延出され、枠体120の第2面124に形成された接続電極144に電気的に接続されている。このように、図1に示す例では、第1及び第2励振電極130,140に電気的に接続された接続電極134,144が、枠体120の対向するコーナー108,104に配置されている。接続電極134,144は枠体120の外縁に接して設けられている。
なお、第1及び第2励振電極130,140に電気的に接続される接続電極134,144の配置は特に限定されるものではなく、例えば、枠体120のX軸負方向側の2つのコーナー102,104に配置されてもよい。あるいは、接続電極134,144は、枠体120の外縁に接していればよく、枠体のいずれかのコーナーを除く領域に配置されていてもよい。
第1及び第2励振電極130,140を含む上記各電極は、例えば、下地をクロム(Cr)層で形成し、クロム層の表面に金(Au)層を形成する。なお、各電極は、上記の材料にのみ限定されるものではない。
リッド部材200は、水晶ブランク110の第1面112に対向して枠体120の第1面122の側に配置され、ベース部材300は、水晶ブランク110の第2面114に対向して枠体120の第2面124の側に配置され、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300はこの積層の順番で3層構造をなしている。リッド部材200は、第1面202と、第1面202と反対であって水晶振動素子100に対向する第2面204とを有する。また、ベース部材300は、水晶振動素子100に対向する第1面302と、第1面302と反対の第2面304とを有する。なお、ベース部材300の第2面304は、外部と電気的に接続される実装面であってもよい。
図3に示すように、ベース部材300の第2面304には、各コーナーにおいて、外部電極322,324,326,328が形成されている。具体的には、X軸負方向側の2つのコーナーには外部電極322,324が形成され、X軸正方向側の2つのコーナーには外部電極326,328が形成されている。水晶振動素子100がベース部材300に搭載されると、外部電極328が延出電極132及び接続電極134を介して第1励振電極130に電気的に接続され、外部電極324が延出電極142及び接続電極144を介して第2励振電極140に電気的に接続されることになる。残りの外部電極322,326は、第1及び第2励振電極130,140のいずれとも電気的に接続されていないダミー電極(又は浮き電極とも呼ばれる。)であってもよく、当該ダミー電極は水晶振動子1が実装される基板に設けられた端子であって他のいずれの電子素子とも接続されない端子に接続されたものであってもよい(以下、外部電極についてダミー電極という場合に同じ。)。なお、図3に示す例では、第1及び第2励振電極130,140に電気的に接続される外部電極324,328は、ベース部材300の対向するコーナーに配置されているが、これに限定されるものではなく他のコーナーに配置することもできる。また、ベース部材300の各コーナーにキャスタレーション形状などの切り欠き側面が形成される場合、各外部電極は対応する各コーナーにおいて、ベース部材300の第2面304から切り欠き側面に至るように延出されていてもよい。なお、図3は、水晶振動素子が搭載された側から見たベース部材300の平面図を示している。
外部電極322,324,326,328は、例えば、クロム(Cr)や金(Au)などで形成される。その形成方法はスパッタ法又はメッキ法を用いた。なお、外部電極322,324,326,328は上記の材料に特に限定されるものではなく公知の導電材料を用いることができる。その形成方法も上位の形成方法以外の公知の形成方法を用いることができる。また、本実施形態においては4つの外部電極からなる4端子構造を示すが、外部電極の数は特に限定されるものではなく、例えば2つの外部電極からなる2端子構造を適用してもよい(2端子構造については後述の第2実施形態参照)。
リッド部材200及びベース部材300は、平板な基板であってもよい。また、リッド部材200及びベース部材300の材質は、ガラス(例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料)から構成されていてもよいし、あるいは水晶振動素子100と同一材質である水晶(例えばATカット水晶)から構成されていてもよい。このようにリッド部材200及びベース部材300が平板な基板である場合、リッド部材200及びベース部材300に連結部材を通って漏れ出た励振振動に基づく振動が水晶振動素子100に伝搬しやすい。また、リッド部材200及びベース部材300が水晶振動素子100と同一材質である場合、両者間に振動が伝搬しやすい。すなわち、これらのいずれの構成においても不要振動の低減が要求されるため、本実施形態に係る構成を採用すると効果的である。
図1及び図2Aに示すように、リッド部材200は枠体120の第1面122の全周に第1封止部材170を介して接合され、他方、ベース部材300は、枠体120の第2面124の全周に第2封止部材172を介して接合される。第1及び第2封止部材170,172が枠体120の各面の全周に設けられることにより、水晶ブランク110が内部空間(キャビティ)に密封封止される。内部空間の圧力は、大気圧力よりも低圧な真空状態であることが、第1励振電極130、第2励振電極140の酸化による経時変化などが低減できるため好ましい。第1及び第2封止部材170,172は、各部材の接合面同士を接合するとともに内部空間を密封封止できればその材料は限定されるものではなく、例えば、低融点ガラス(例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等)などのガラス接着材料であってもよいし、あるいは、樹脂接着剤を用いてもよい。ガラス接着材料に比べ機械的品質係数Qmが小さな樹脂材料を含む接着材料を用いて、枠体120がリッド部材200及びベース部材300に接合された場合、枠体120から第1及び第2封止部材170,172を介して伝搬する振動が接着材料でより大きく消費されるため望ましい。また、第1及び第2封止部材170,172が、水晶振動素子の端面から内側に所定の隙間を有する場合、端面に設けられる外部電極324aが所定の隙間に入り込んで配置することができる。この場合、端面に引き出される配線と外部電極324aとの接合面積を大きくすることができるため、接合強度が高くなり好ましい。さらに、外部電極324aが第1又は第2封止部材170,172と直接接触する場合、外部電極324aが第1又は第2封止部材170,172との間に空気層を有して隔てる場合に比べて、音響インピーダンスの差を小さくできるため、振動の反射を小さくすることができる。
本実施形態においては、図2Aに示されるように、枠体120における連結部材111bが連結されたX軸負方向側において、外部電極324a(第2励振電極140に電気的に接続されている)が枠体120、リッド部材200及びベース部材300のそれぞれの端面に形成され、かつ、当該外部電極324aは機械的品質係数Qmが枠体120より小さい。これにより、水晶振動素子100の水晶ブランク110から漏れ出た振動が、枠体120よりも機械的品質係数Qmが小さい外部電極324a内で熱エネルギーなどに消費される。したがって、外部電極324aに伝搬して、外部電極324aの端面から反射する反射波の振動エネルギーを減衰させることができため、かかる反射波の影響を緩和又は分散させることができる。よって、水晶振動素子100の特性が、不要振動によって悪化することを抑制することができる。特に、水晶振動素子100の振動漏れは、連結部材111a,111bを介して枠体120、リッド部材200及びベース部材300へ伝搬することから、少なくとも、連結部材111a,111bが連結された側の枠体120の一辺に対して、各部材の端面に外部電極324aを形成することにより、反射波による不要振動を効果的に低減することができる。さらに、外部電極324aのQmが枠体120、リッド部材200及びベース部材300のいずれのQmより小さい構成であれば、水晶ブランク110から漏れる振動エネルギーを減衰が大きくなるためより好ましい。
また図2Bに示すように、外部電極324aは、枠体120、リッド部材200及びベース部材300のそれぞれの端面側において、枠体120の外縁に接して設けられた接続電極144(接続電極144は、延出電極142を介して第2励振電極140に電気的に接続されている。)と接続されている。また、図2Bに示すように、枠体120、リッド部材200及びベース部材300の各端面は、連結部材111bが設けられた側において面一であり、外部電極324aは、当該面一である各端面を覆って設けられている。これによれば、枠体120、リッド部材200及びベース部材300の積層構造の各部材の境界からのリーク発生を抑制することができる。したがって、耐リーク性の向上も図ることができる。
なお、外部電極324aの形成方法としては、例えばスパッタ法等によって導電材料を成膜することによって形成してもよいし、スパッタ法等の後、さらにメッキ処理によって導電材料を追加的に形成してもよい。外部電極324aは、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300のそれぞれの端面に形成する。具体的には、上記したウエハレベルCSPと呼ばれる製法を採用し、各ウエハを第1及び第2封止部材170,172を介して互いに接合し、その後、ダイシングすることによって得られる、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300からなる積層体の露出面(端面)に外部電極324aを形成することができる。
さらに具体的に説明すると、図4に示す例では、水晶振動子1におけるX軸負方向側のY´Z´面(Y´軸及びZ´軸によって特定される面。以下他の面についても同じ。)には、外部電極324a及び外部電極322aが形成されており、一方の外部電極324aは、第2励振電極140と電気的に接続された外部電極324と電気的に接続され、他方の外部電極322aは、上記ダミー電極である外部電極322と電気的に接続されている。水晶振動子1におけるY´Z´面は、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300の各端面から構成されており、各外部電極324a,322aは、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300のそれぞれの端面に亘る領域に延出されている。また、各外部電極324a,322aは相互に離れて配置されており、これにより両者が電気的に導通しないようになっている。また、各外部電極324a,322aは、水晶振動子1のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわちリッド部材200の上側縁)から所定間隔をあけて設けられている(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁付近は露出している)。
かかる構成によれば、外部電極324a(及び外部電極322a)を、水晶振動子1におけるY´Z´面の一部(ただし、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300のそれぞれの端面に亘る領域を含む。)に形成することができる。このため、水晶振動素子100の連結部材111a,111bを介してリッド部材200及びベース部材300へ漏れ出た振動のうち、リッド部材200及びベース部材300の端部から外部電極324aを伝搬して反射した反射波が減衰されるため、かかる反射波の影響を緩和又は減少させることができる。なお、水晶振動子1(枠体120)の端部で発生する反射を小さくするため、例えば、外部電極324aが、端部の表面に設けられる第1電極層と、第1電極層の外側に設けられる第2電極層とを有し、第1電極層の音響インピーダンスが第2電極層と水晶との音響インピーダンスの間の音響インピーダンスであることが好ましい。
このように本実施形態に係る水晶振動子1によれば、反射波の影響を低減させることができ、反射波の影響による不要振動を低減することによって水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
なお、水晶振動子1におけるY´Z´面に形成される外部電極324a,322aの層構造及び材質は、ベース部材300の第2面に形成される外部電極324,322と同一であってもよく、あるいは反射波の減衰と、良好な電気的接続という各目的に応じてより好適な異なる態様を用いてもよい。
また上記実施形態においては、水晶ブランク110の2つの連結部材111a,111bが同一辺側(X軸負方向側)に配置された例を示したが、例えば、2つの連結部材のうち一方の連結部材がX軸負方向側に配置され、他方の連結部材がX軸正方向側に配置されていてもよく、この場合、少なくとも一方の連結部材が配置された側において、枠体120、リッド部材200及びベース部材300の各端面に外部電極が形成されていればよい。この場合、2つの連結部材の内、振動の伝搬量が小さい方の端面に外部電極が形成されることが好ましい。さらに、外部電極が、一方の連結部材側と他方の連結部材側の両方の端面に形成すれば、反射波の影響をより減らすことができるため好ましい。
また上記実施形態においては、枠体120における連結部材111bが連結されたX軸負方向側において、枠体120、リッド部材200及びベース部材300のそれぞれの端面がY´Z´面において面一となっている態様を説明したが、これに限定されるものではなく、例えばそれぞれの端面が互いにずれて配置されていてもよい。
本実施形態に係る外部電極の態様は様々に変形して適用することが可能である。以下、図5~図13を参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動子の変形例を説明する。なお、以下の説明においては上記実施形態で説明した内容と異なる点を説明する。
図5は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子2の斜視図である。この水晶振動子2はベース部材305を含み、ベース部材305における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極322,324が形成されている。本変形例においては、水晶振動子2におけるY´Z´面において外部電極324b(外部電極324に電気的に接続されている。)のみが形成されており、この点で本変形例は図4に示す構成と異なっている。外部電極324bは、水晶振動子2のY´Z´面におけるZ´軸方向の幅全体を覆うように形成され、また、Y´軸正方向側の縁(すなわちリッド部材200の上側縁)から所定間隔をあけて設けられている(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁付近は露出している)。なお、外部電極324bは、ダミー電極である外部電極322とは電気的に接続されていない。
図6は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子3の斜視図である。この水晶振動子3はベース部材306を含み、ベース部材306における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極322,324が形成されている。水晶振動子3におけるY´Z´面には、外部電極324c及び外部電極322cが形成されており、一方の外部電極324cは、第2励振電極と電気的に接続された外部電極324と電気的に接続され、他方の外部電極322cは、ダミー電極である外部電極322と電気的に接続されている。そして、本変形例においては、各外部電極324c,322cは、水晶振動子3のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁)に至るまで形成されており、この点で本変形例は図4に示す構成と異なっている。
図7は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子4の斜視図である。この水晶振動子4はベース部材307を含み、ベース部材307における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極322,324が形成されている。水晶振動子4におけるY´Z´面には、外部電極324d(外部電極324に電気的に接続されている。)が形成されている。そして、本変形例においては、外部電極324dは、水晶振動子4のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁)に至るまで形成されており、この点で本変形例は図5に示す構成と異なっている。
図8は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子5の斜視図である。この水晶振動子5はベース部材308を含み、ベース部材308における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極322,324が形成されている。水晶振動子5におけるY´Z´面には、外部電極324e(外部電極324に電気的に接続されている。)が形成されている。また、リッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面には、外部電極324f及び外部電極332が形成されており、一方の外部電極324fは、Y´Z´面の外部電極324eに電気的に接続され、他方の外部電極332はいずれの外部電極とも電気的に接続されないダミー電極となっている。リッド部材200の外部電極324fは、ベース部材308の外部電極322に対してY´軸方向に一致して配置され、他方、リッド部材200の外部電極332は、ベース部材308の外部電極324に対してY´軸方向に一致して配置されている。このように水晶振動子のX軸周りに回転対称となるように外部電極を形成することにより、表裏のいずれにおいても同じ電極配置をもって実装することが可能となる。なお、外部電極322及び外部電極332はそれぞれ、第2励振電極に電気的に接続された外部電極324,324e,324fとは電気的に接続されていない。
図9は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子6の斜視図である。この水晶振動子6はベース部材309を含み、ベース部材309における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、外部電極322,325が形成されている。外部電極325は、外部電極322よりも面積が大きい点を除き、その他は既に説明した外部電極324と同様の構成を適用することができる。水晶振動子6におけるY´Z´面には、外部電極325a(外部電極325に電気的に接続されている。)が形成されている。また、リッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面には、外部電極325b及び外部電極332が形成されており、一方の外部電極325bは、Y´Z´面の外部電極325aに電気的に接続され、他方の外部電極332はいずれの外部電極とも電気的に接続されないダミー電極となっている。リッド部材200の外部電極325bは、ベース部材309の外部電極322と部分的に重なるようにY´軸方向の上方に配置され、他方、リッド部材200の外部電極332は、ベース部材309の外部電極325と部分的に重なるようにY´軸方向の上方に配置されている。そして、リッド部材200の外部電極325bは、ベース部材309の外部電極325と実質的に同一面積を有しており、また、ダミー電極である外部電極322及び外部電極332よりも面積が大きくなっており、この点で本変形例は図8に示す構成と異なっている。
図10は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子7の斜視図である。この水晶振動子7はベース部材310を含み、ベース部材310における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、外部電極323,324が形成されている。外部電極323は、図示するように水晶振動子7のY´Z´面から離れて設けられており、この点を除き、その他は既に説明した外部電極322と同様の構成を適用することができる。水晶振動子7におけるY´Z´面には、外部電極324g(外部電極324に電気的に接続されている。)が形成されている。また、リッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面には、外部電極324h及び外部電極333が形成されており、一方の外部電極324hは、Y´Z´面の外部電極324gに電気的に接続され、他方の外部電極333はいずれの外部電極とも電気的に接続されないダミー電極となっている。リッド部材200の外部電極324hは、ベース部材310の外部電極323と部分的に重なるようにY´軸方向の上方に配置され、他方、リッド部材200の外部電極333は、ベース部材310の外部電極324と部分的に重なるようにY´軸方向の上方に配置されている。そして、リッド部材200の外部電極333は、ベース部材310の外部電極323と同様に、図示するように水晶振動子7のY´Z´面から離れて設けられており、外部電極324gは、水晶振動子7のY´Z´面の全面に形成されている。
図11は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子8の斜視図であり、既に説明した図9及び図10の各構成の組み合わせに係る変形例である。この水晶振動子8はベース部材311を含み、ベース部材311における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、外部電極325,323が形成されている。水晶振動子8におけるY´Z´面には、外部電極325c(外部電極325に電気的に接続されている。)が形成されている。また、リッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面には、外部電極325d及び外部電極333が形成されており、一方の外部電極325dは、Y´Z´面の外部電極325cに電気的に接続され、他方の外部電極333はいずれの外部電極とも電気的に接続されないダミー電極となっている。リッド部材200の外部電極325dは、ベース部材311の外部電極323と部分的に重なるようにY´軸方向の上方に配置され、他方、リッド部材200の外部電極333は、ベース部材311の外部電極325と部分的に重なるようにY´軸方向の上方に配置されている。第2励振電極に電気的に接続される外部電極325,325dはそれぞれダミー電極である外部電極323,333よりも面積が大きくなっている。そして、リッド部材200の外部電極333は、ベース部材311の外部電極323と同様に、図示するように水晶振動子8のY´Z´面から離れて設けられており、外部電極325cは、水晶振動子8のY´Z´面の全面に形成されている。
図12は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子9の斜視図である。この水晶振動子9はベース部材312を含み、ベース部材312における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極322,324が形成されている。水晶振動子9におけるY´Z´面には、外部電極324i(外部電極324に電気的に接続されている。)が形成されている。外部電極324iは、水晶振動子9のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわち、リッド部材200の端面
のうち上側縁)に至るまで形成されている。そして、本変形例においては、さらにリッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面に、外部電極324jが形成されており、この点で本変形例は図7に示す構成と異なっている。なお、リッド部材200の外部電極324jは、リッド部材200のXZ´面におけるZ´軸方向の幅全体を覆うように形成され、ベース部材312の外部電極322,324の長さと同じ程度X軸正方向に向かって延出されている。
のうち上側縁)に至るまで形成されている。そして、本変形例においては、さらにリッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面に、外部電極324jが形成されており、この点で本変形例は図7に示す構成と異なっている。なお、リッド部材200の外部電極324jは、リッド部材200のXZ´面におけるZ´軸方向の幅全体を覆うように形成され、ベース部材312の外部電極322,324の長さと同じ程度X軸正方向に向かって延出されている。
図13は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子10の斜視図である。この水晶振動子10はベース部材313を含み、ベース部材313における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極322,324が形成されている。水晶振動子10におけるY´Z´面には、外部電極324e(外部電極324に電気的に接続されている。)が形成されている。また、リッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面には、外部電極324f及び外部電極332が形成されており、一方の外部電極324fは、Y´Z´面の外部電極324eに電気的に接続され、他方の外部電極332はいずれの外部電極とも電気的に接続されないダミー電極となっている。リッド部材200の外部電極324fは、ベース部材313の外部電極322に対してY´軸方向に一致して配置され、他方、リッド部材200の外部電極332は、ベース部材313の外部電極324に対してY´軸方向に一致して配置されている。そして、本変形例においては、水晶振動素子100のX軸負方向側の辺、すなわち連結部材111a,111bが配置されている側の辺(図1参照)に隣接する2辺の側において、水晶振動子10のそれぞれのXY´面に外部電極324k,324lが形成されている。具体的には、外部電極324kは、Z´正方向側のXY´面に形成され、外部電極324lは、Z´負方向側のXY´面に形成されている。水晶振動子10における各XY´面は、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材313の各端面から構成されており、各外部電極324k,324lはリッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材313のそれぞれの端面に亘る領域に延出されている。また、外部電極324kは、リッド部材200のダミー電極である外部電極332と電気的に接続しないように、リッド部材200の上側縁から所定間隔あけて設けられ、他方、外部電極324lも、ベース部材313のダミー電極である外部電極322と電気的に接続しないように、ベース部材313の下側縁から所定間隔あけて設けられている。
以上のとおり、上記各変形例で説明したいずれの構成においても、水晶振動子におけるY´Z´面の少なくとも一部(ただし、リッド部材、水晶振動素子及びベース部材のそれぞれの端面に亘る領域を含む。)に外部電極を形成することができるため、リッド部材及びベース部材の端部から反射した反射波を減衰させることができる。かかる外部電極は、水晶振動子におけるY´Z´面を可能な限り広く覆うことが好ましく、例えばリッド部材200の端面(Y´Z´面)の上側縁(Y´軸正方向側の縁)に至るまで形成されると(図6,7,10~12等参照)、リッド部材200の端部で反射する反射波を効果的に減衰させることができるため好ましい。また、典型的には図12に示すように、反射波を減衰させるための外部電極は、水晶振動子のY´Z´面を経由してリッド部材における水晶振動素子と対向する面とは反対の面にも形成されると、上記に加えてさらに外部電極を伝搬する振動エネルギーの消費効果が得られるので、さらに反射波による影響を抑制することができる。また、図13のように、連結部材が連結された側のみならず、それに隣接する2辺のそれぞれの側においても、水晶振動子の端面に外部電極を設けることにより、リッド部材及びベース部材の端部からの反射波をより効果的に減衰させることができる。
なお、図4~図13においては、X軸負方向側のY´Z´面における外部電極324,322の構成を説明したが、X軸正方向側のY´Z´面における外部電極328,326も同様の構成を採用してもよい。この場合、水晶振動子のX軸周り及びZ´軸周りにそれぞれ回転対称となるように外部電極の構成を適用してもよい。
(第2実施形態)
図14及び図15を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係る水晶振動子を説明する。なお、以下の実施形態においては、上記第1実施形態と相違する部分について説明することとし、既に説明した内容と重複する部分については省略する。ここで、図14は本実施形態に係るベース部材の平面図であり、図15は水晶振動子の斜視図である。
図14及び図15を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係る水晶振動子を説明する。なお、以下の実施形態においては、上記第1実施形態と相違する部分について説明することとし、既に説明した内容と重複する部分については省略する。ここで、図14は本実施形態に係るベース部材の平面図であり、図15は水晶振動子の斜視図である。
本実施形態に係る水晶振動子は2つの外部電極からなる2端子構造を採用している点で、上記第1実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態においては、図14に示すように、ベース部材400の第2面404(すなわち水晶振動素子と対向する面とは反対の面)には、その長さ方向であるX軸方向について、X軸負方向側の一方端に外部電極424が形成され、X軸正方向側の他方端に外部電極428が形成されている。なお、水晶振動素子100等の構成は第1実施形態で説明したとおりであり(例えば図1参照)、水晶振動素子100がベース部材400に搭載されると、連結部材111a,111bはベース部材400のX軸負方向側に配置され、また、外部電極428は延出電極132を介して第1励振電極130に電気的に接続され、外部電極424は延出電極142を介して第2励振電極140に電気的に接続される。なお、図14は、水晶振動素子が搭載された側から見たベース部材400の平面図を示している。
図15に示すように、水晶振動子11におけるY´Z´面には、外部電極424aが形成されており、この外部電極424aは、外部電極424(第2励振電極に電気的に接続されている。)に電気的に接続されている。水晶振動子11におけるY´Z´面は、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材400の各端面から構成されており、外部電極424aは、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材400のそれぞれの端面に亘る領域に延出されている。また、外部電極424aは、水晶振動子11のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわちリッド部材200の上側縁)から所定間隔をあけて設けられている(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁付近は露出している)。
かかる構成においても、上記第1実施形態と同様に、外部電極424aによって、水晶振動子11におけるY´Z´面の一部(ただし、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材400のそれぞれの端面に亘る領域を含む。)に形成することができるため、水晶振動素子100の連結部材を介してリッド部材200及びベース部材400へ漏れ出た振動のうち、水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材400の端面に連続して設けられた外部電極424aに伝搬した振動が、外部電極424a内部に伝搬時の振動エネルギーの消費により、外部電極424aの端部から減衰した反射波を反射するため、かかる反射波の影響を緩和又は分散させることができる。
本実施形態においても、外部電極の態様は様々に変形して適用することが可能である。以下、図16~図18を参照しつつ、本実施形態に係る水晶振動子の変形例を説明する。なお、以下の説明においては上記実施形態で説明した内容と異なる点を説明する。
図16は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子12の斜視図である。この水晶振動子12はベース部材405を含み、ベース部材405における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極424が形成されている。水晶振動子12におけるY´Z´面には、外部電極424b(外部電極424に電気的に接続されている。)が形成されている。そして、本変形例においては、外部電極424bは、水晶振動子12のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁)に至るまで形成されており、この点で本変形例は図15に示す構成と異なっている。
図17は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子13の斜視図である。この水晶振動子13はベース部材406を含み、ベース部材406における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極424が形成されている。水晶振動子13におけるY´Z´面には、外部電極424b(外部電極424に電気的に接続されている。)が形成されている。外部電極424bは、水晶振動子13のY´Z´面におけるY´軸正方向側の縁(すなわち、リッド部材200の端面のうち上側縁)に至るまで形成されている。そして、本変形例においては、さらにリッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面に、外部電極424cが形成されており、この点で本変形例は図16に示す構成と異なっている。なお、リッド部材200の外部電極424cは、リッド部材200のXZ´面におけるZ´軸方向の幅全体を覆うように形成され、ベース部材406の外部電極424の長さと同じ程度X軸正方向に向かって延出されている。
図18は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子14の斜視図である。この水晶振動子14はベース部材407を含み、ベース部材407における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面(実装面)のうちX軸負方向側には、既に説明した外部電極424が形成されている。水晶振動子14におけるY´Z´面には、外部電極424b(外部電極424に電気的に接続されている。)が形成されている。また、リッド部材200における水晶振動素子100と対向する面とは反対の面には、外部電極424cが形成されており、外部電極424cは、Y´Z´面の外部電極424bに電気的に接続されている。そして、本変形例においては、水晶振動素子100のX軸負方向側の辺、すなわち連結部材111a,111bが配置されている側の辺(図1参照)に隣接する2辺の側において、水晶振動子14のそれぞれのXY´面に外部電極424d,424eが形成されている。具体的には、外部電極424dは、Z´軸正方向側のXY´面に形成され、外部電極424eは、Z´軸負方向側のXY´面に形成されている。水晶振動子14におけるXY´面は、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材313の各端面から構成されており、各外部電極424d,424eはリッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材407のそれぞれの端面に亘る領域に延出されている。なお、外部電極424d,424eは、水晶振動子のXY´面におけるY´軸方向の幅全体を覆うように形成され、外部電極424,424cの長さと同じ程度X軸正方向に向かって延出されている。
以上のとおり、上記各変形例で説明したいずれの構成においても、既に説明したとおり、反射波の影響を緩和又は分散させることができ、不要振動を低減することによって水晶振動子の品質の向上を図ることができる。
なお、以上説明した各実施形態(変形例を含む。)においては、ATカット水晶振動素子の一例として、X軸方向に平行な長手方向、及び、Z´軸方向に平行な短手方向を有する態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、Z´軸方向に平行な長手方向、及び、X軸方向に平行な短手方向を有するATカット水晶振動素子に本発明を適用してもよい。また、以上の説明においては2つの連結部材を有する態様を説明したが、連結部材の個数は限定されるものではなく、例えば水晶ブランクと枠体とが1つの連結部材によって連結されていてもよい。
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
1~14 水晶振動子
100 水晶振動素子
110 水晶ブランク
111a,111b 連結部材
130 第1励振電極
140 第2励振電極
200 リッド部材
300,305~313 ベース部材
324,324a~l 外部電極
325,325a~d 外部電極
400,405~407 ベース部材
424,424a~e 外部電極
100 水晶振動素子
110 水晶ブランク
111a,111b 連結部材
130 第1励振電極
140 第2励振電極
200 リッド部材
300,305~313 ベース部材
324,324a~l 外部電極
325,325a~d 外部電極
400,405~407 ベース部材
424,424a~e 外部電極
Claims (11)
- 第1面と第2面にそれぞれ第1励振電極と第2励振電極が設けられた水晶ブランクと、当該水晶ブランクの外周を囲む枠体と、当該枠体と前記水晶ブランクを連結する連結部材と、を含む水晶振動素子と、
前記水晶ブランクの前記第1面に対向して配置され、前記枠体の全周に接合されたリッド部材と、
前記水晶ブランクの前記第2面に対向して配置され、前記枠体の全周に接合されたベース部材と、
を備え、
前記ベース部材は、前記水晶振動素子と対向する面とは反対側の面において外部と電気的に接続可能である複数の外部電極を有し、
前記複数の外部電極は、前記第1励振電極に電気的に接続された第1外部電極と、前記第2励振電極に電気的に接続された第2外部電極とを有し、
前記リッド部材及び前記ベース部材はそれぞれ水晶又はガラスによって形成され、
前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記連結部材が設けられた側において、前記枠体、前記リッド部材及び前記ベース部材のそれぞれの端面に形成され、かつ、機械的品質係数Qmが前記枠体より小さい、水晶振動子。 - 前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記リッド部材の前記端面の上側縁に至るまで形成された、請求項1記載の水晶振動子。
- 前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記リッド部材の前記端面を経由して前記リッド部材における前記水晶振動素子と対向する面とは反対の面に形成された、請求項1又は2記載の水晶振動子。
- 前記枠体には、前記第1励振電極又は第2励振電極と電気的に接続され、かつ、前記枠体の外縁に接する接続電極が設けられ、
前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記枠体、前記リッド部材及び前記ベース部材のそれぞれの端面側において前記接続電極と接続された、請求項1から3のいずれか一項に記載の水晶振動子。 - 前記枠体、前記リッド部材及び前記ベース部材は、いずれも平面視して略矩形の外形形状を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の水晶振動子。
- 前記枠体、前記リッド部材及び前記ベース部材の各端面は、少なくとも前記連結部材が設けられた側において面一であり、
前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記面一である各端面を覆って設けられた、請求項5記載の水晶振動子。 - 前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記枠体の各辺のうち前記連結部材が設けられた側に隣接する2辺のそれぞれの側において、前記枠体、前記リッド部材及び前記ベース部材のそれぞれの端面に形成された、請求項5又は6に記載の水晶振動子。
- 前記リッド部材及び前記ベース部材が平板である、請求項1から7のいずれか一項に記載の水晶振動子。
- 前記水晶ブランクのうち前記第1及び第2励振電極を除く部分の厚さが、前記枠体の厚さと同一である、請求項1から8のいずれか一項に記載の水晶振動子。
- 前記第1及び第2外部電極の少なくとも一つは、前記機械的品質係数Qmが前記リッド部材及び前記ベース部材のいずれよりも小さい、請求項1から9のいずれか一項に記載の水晶振動子。
- 前記枠体、前記リッド部材及び前記ベース部材で囲まれた内部空間が真空である、請求項1から10のいずれか一項に記載の水晶振動子。
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