WO2017169864A1 - 圧電振動子 - Google Patents

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WO2017169864A1
WO2017169864A1 PCT/JP2017/010777 JP2017010777W WO2017169864A1 WO 2017169864 A1 WO2017169864 A1 WO 2017169864A1 JP 2017010777 W JP2017010777 W JP 2017010777W WO 2017169864 A1 WO2017169864 A1 WO 2017169864A1
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WO
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vibration element
piezoelectric vibration
piezoelectric
conductive holding
holding member
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PCT/JP2017/010777
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Inventor
星太 高橋
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株式会社村田製作所
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    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/19—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric vibrator.
  • a piezoelectric vibrator used for an oscillation device, a bandpass filter, or the like a configuration in which a crystal resonator element, which is an example of a piezoelectric resonator element, is held in a cantilever state on a package member is known.
  • a conductive adhesive is provided between the electrode pad of the package member and the crystal resonator element, whereby the crystal resonator element is electrically connected to the electrode pad of the package member and fixed on the package member (patent) Reference 1 to 4).
  • a crystal resonator element is held using a conductive adhesive on an internal terminal (electrode pad) formed in a package made of an insulating material such as ceramic, and the crystal resonator element on the package member is A configuration hermetically sealed with a metal lid is disclosed.
  • the conductive adhesive sandwiched between the upper surface of the internal terminal and the crystal resonator element is made of, for example, a silicone-based resin material, and its thickness is usually about 20 ⁇ m.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric vibrator capable of improving the frequency-temperature characteristics of a piezoelectric vibration element.
  • a piezoelectric vibrator is provided between a piezoelectric vibration element, a base member on which an electrode pad is formed, and between the electrode pad and the piezoelectric vibration element, and one end portion of the piezoelectric vibration element relative to a central portion.
  • a conductive holding member that holds the piezoelectric vibration element at a position close to the electrode, and the conductive holding member has the thinnest thinnest part between the electrode pad and the piezoelectric vibration element, and the piezoelectric vibration element It becomes thicker toward the center.
  • the thickness of the conductive holding member is increased toward the central portion of the piezoelectric vibration element, the stress is distributed to the piezoelectric vibration element that may be caused by a temperature change. Therefore, it is possible to suppress the stress that can be generated in the conductive holding member from being transmitted to the piezoelectric vibration element. Therefore, it is possible to improve the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibration element.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the base member according to the embodiment of the present invention.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the conductive adhesive and the variation range of the frequency temperature characteristics.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a piezoelectric vibrator (Piezoelectric Unit)
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • illustration of various electrodes of a piezoelectric vibration element (Piezoelectric Resonator) is omitted.
  • the piezoelectric vibrator 1 includes a piezoelectric vibration element 10, a cap 20 that is an example of a lid member, and a substrate 30 that is an example of a base member.
  • the cap 20 and the substrate 30 are holders that hold the piezoelectric vibration element 10.
  • the piezoelectric vibrator 1 may be, for example, a quartz vibrator having a quartz vibrating element described later.
  • the piezoelectric substrate 11 is formed from a given piezoelectric material, and the material is not particularly limited.
  • the piezoelectric substrate 11 is an AT-cut quartz crystal substrate (Quartz Crystal Element) having a rectangular shape in plan view in the thickness direction.
  • the piezoelectric resonator element 10 is a quartz resonator element (Quartz Crystal Resonator) having an AT-cut quartz substrate.
  • the AT-cut quartz substrate has an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis which are crystal axes of the artificial quartz, and the Y-axis and the Z-axis are 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 in the direction from the Y-axis to the Z-axis around the X-axis.
  • the axes rotated for 30 minutes are defined as the Y ′ axis and the Z ′ axis, respectively, the surfaces specified by the X and Z ′ axes (hereinafter referred to as “XZ ′ surfaces”. Surfaces specified by other axes) The same applies to the above.)
  • the surface parallel to the main surface is cut out. In the example shown in FIG.
  • the piezoelectric substrate 11 that is an AT-cut quartz substrate has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction. And has a rectangular shape when the XZ ′ plane is viewed in plan.
  • a quartz resonator element using an AT-cut quartz substrate has high frequency stability over a wide temperature range, is excellent in aging characteristics, and can be manufactured at low cost.
  • the AT-cut crystal resonator element uses a thickness shear vibration mode as a main vibration.
  • the piezoelectric substrate according to the present embodiment is not limited to the above-described configuration.
  • an AT-cut quartz substrate having a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and a short direction parallel to the Z′-axis direction is used. You may apply.
  • it may be a quartz substrate of a different cut (for example, BT cut) other than the AT cut, or other piezoelectric materials such as ceramics other than quartz may be applied.
  • the first excitation electrode 14 a is formed on the first surface 12 a (XZ ′ surface on the Y′-axis positive direction side) of the piezoelectric substrate 11, and the second excitation electrode 14 b is opposed to the first surface 12 a of the piezoelectric substrate 11. Is formed on the second surface 12b (XZ ′ surface on the Y′-axis negative direction side).
  • the first and second excitation electrodes 14a and 14b are a pair of electrodes, and are disposed so as to substantially overlap each other on the XZ ′ plane.
  • Each excitation electrode 14a, 14b may be rectangular in the XZ ′ plane, for example.
  • the longitudinal directions of the excitation electrodes 14 a and 14 b are arranged in a direction that coincides with the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 11.
  • the piezoelectric substrate 11 has a connection electrode 16a electrically connected to the first excitation electrode 14a via the extraction electrode 15a, and a connection electrode 16b electrically connected to the second excitation electrode 14b via the extraction electrode 15b. And are formed. Specifically, the extraction electrode 15a is extracted from the first excitation electrode 14a toward the short side on the Z′-axis negative direction side on the first surface 12a, and further passes through the side surface of the piezoelectric substrate 11 on the Z′-axis negative direction side. The connection electrode 16a is formed on the second surface 12b.
  • the extraction electrode 15b is extracted from the second excitation electrode 14b toward the short side of the Z′-axis negative direction on the second surface 12b, and is connected to the connection electrode 16b formed on the second surface 12b.
  • the connection electrodes 16a and 16b are disposed along the short side on the Z′-axis negative direction side, and these connection electrodes 16a and 16b are electrically connected to the substrate 30 via conductive holding members 36a and 36b described later. And mechanically held.
  • the arrangement and pattern shape of the connection electrodes 16a and 16b and the extraction electrodes 15a and 15b are not limited, and can be appropriately changed in consideration of electrical connection with other members.
  • Each of the electrodes including the first and second excitation electrodes 14a and 14b may be formed, for example, by forming a base with a chromium (Cr) layer and forming a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer. It is not limited.
  • the cap 20 has a recess 24 that opens to face the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the recess 24 is provided with a side wall 22 formed so as to rise from the bottom surface of the recess 24 over the entire circumference of the opening.
  • the cap 20 has a facing surface 26 that faces the first surface 32 a of the substrate 30 at the opening edge of the recess 24.
  • the cap 20 may have a flange portion 28 that protrudes further outward from the side wall portion 22, and in this case, the flange portion 28 has a facing surface 26. According to this, since the joining area of both can be enlarged by joining the flange part 28 and the board
  • the shape of the cap 20 is not particularly limited.
  • the cap 20 does not have the flange portion 28, and the tip of the side wall portion 22 formed substantially vertically from the bottom surface of the recess 24 is formed.
  • the substrate 30 may be joined.
  • the material of the cap 20 is not particularly limited, but may be made of a conductive material such as metal. According to this, a shield function can be added by electrically connecting the cap 20 to the ground potential.
  • the cap 20 may be an insulating material or a composite structure of a conductive material and an insulating material.
  • the piezoelectric vibration element 10 is mounted on the first surface 32a (mounting surface) of the substrate 30.
  • the substrate 30 has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a lateral direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction.
  • a rectangular shape is formed on the ′ surface.
  • the substrate 30 may be formed of, for example, an insulating ceramic.
  • the substrate 30 is made of a glass material (for example, silicate glass or a material mainly composed of materials other than silicate and having a glass transition phenomenon due to temperature rise), a crystal material (for example, an AT-cut crystal) or You may form with the glass epoxy resin etc.
  • the substrate 30 may be a single layer or a plurality of layers. In the case of a plurality of layers, the substrate 30 may include an insulating layer formed on the outermost layer of the first surface 32a.
  • the substrate 30 has a flat plate shape. As shown in FIG. 2, when both the cap 20 and the substrate 30 are bonded via the bonding material 40, the piezoelectric vibration element 10 is surrounded by the recess 24 of the cap 20 and the substrate 30 (cavity). ) 26 is hermetically sealed.
  • the bonding material 40 is provided over the entire circumference of each of the cap 20 and the substrate 30, and is interposed between the facing surface 26 of the side wall portion 22 of the cap 20 and the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the bonding material 40 may be made of an insulating material.
  • a glass material for example, low-melting glass
  • a resin material for example, an epoxy resin
  • the cost is lower than that of metal bonding, the heating temperature can be suppressed, and the manufacturing process can be simplified.
  • the cap 20 may be bonded to the substrate 30 via the bonding material 40 while ensuring electrical connection to the cap 20.
  • the substrate 30 includes electrode pads 33 a and 33 b for electrical connection with the piezoelectric vibration element 10, and lead electrodes 34 a and 34 b electrically connected to the electrode pads 33 a and 33 b. .
  • the electrode pads 33a and 33b are formed on the first surface 32a, and the extraction electrodes 34a and 34b are extracted from the electrode pads 33a and 33b toward the outer edge of the first surface 32a.
  • the electrode pads 33 a and 33 b are arranged along the short side of the first surface 32 a of the substrate 30 on the Z′-axis positive direction side.
  • connection electrode 16a of the piezoelectric vibration element 10 is connected to the electrode pad 33a via the conductive holding member 36a, while the connection of the piezoelectric vibration element 10 is connected to the electrode pad 33b via the conductive holding member 36b.
  • the electrode 16b is connected.
  • the electrode pad 33a is electrically connected to the first excitation electrode 14a of the piezoelectric vibration element 10
  • the electrode pad 33b is electrically connected to the second excitation electrode 14b of the piezoelectric vibration element 10. Details of the electrode pads 33a and 33b and the conductive holding members 36a and 36b will be described later.
  • the extraction electrode 34a is extracted from the electrode pad 33a toward any one corner of the substrate 30, while the extraction electrode 34b is extracted from the electrode pad 33b toward another corner of the substrate 30. Yes.
  • a plurality of external electrodes 35 a, 35 b, 35 c, and 35 d are formed at each corner portion of the substrate 30.
  • the extraction electrode 34a is connected to an external electrode 35a formed at the corner portion on the X-axis negative direction and the Z′-axis negative direction side
  • the extraction electrode 34b is connected to the X-axis positive direction and the Z′-axis. It is connected to the external electrode 35b formed at the corner portion on the positive direction side.
  • FIG. 1 A plurality of external electrodes 35 a, 35 b, 35 c, and 35 d are formed at each corner portion of the substrate 30.
  • the extraction electrode 34a is connected to an external electrode 35a formed at the corner portion on the X-axis negative direction and the Z′-axis negative direction side
  • the extraction electrode 34b is connected to
  • external electrodes 35c and 35d are also formed in the remaining corner portions. These external electrodes 35c and 35d may be dummy electrodes that are not electrically connected to the first and second excitation electrodes 14a and 14b of the piezoelectric vibration element 10, or may be electrically connected to electronic components mounted on the substrate 30. It may be a dummy electrode that is not electrically connected. By forming such a dummy electrode, it becomes easy to apply a conductive material for forming the external electrode, and the external electrode can be formed at all corners. A processing step of electrically connecting to the member is also facilitated.
  • the external electrodes 35c and 35d as dummy electrodes may be ground electrodes to which a ground potential is supplied.
  • a shielding function can be added to the cap 20. In this case, in order to improve the shielding function, the cap 20 can be connected to the external electrodes 35c and 35d which are grounding electrodes.
  • the corner portion of the substrate 30 has a cut-out side surface formed by cutting a part of the corner portion into a cylindrical curved surface shape (also called a castellation shape), and the external electrodes 35a to 35d. Is continuously formed over such a cut-out side surface and the second surface 32b.
  • the shape of the corner portion of the substrate 30 is not limited to this, and the shape of the cutout may be a flat shape, or may be a rectangular shape with no cutout and having four corners at right angles in plan view. May be.
  • substrate 30, an extraction electrode, and an external electrode is not limited to the above-mentioned example, It can apply in various deformation
  • the electrode pads 33a and 33b are arranged on different sides on the first surface 32a of the substrate 30 such that one is formed on the Z′-axis positive direction side and the other is formed on the Z′-axis negative direction side. It may be.
  • the piezoelectric vibration element 10 is held by the substrate 30 at both one end and the other end in the longitudinal direction.
  • the number of external electrodes is not limited to four, and may be two arranged on a diagonal, for example.
  • the external electrodes are not limited to those arranged at the corner portions, and may be formed on any side surface of the substrate 30 excluding the corner portions. In this case, as already described, a cut-out side surface obtained by cutting a part of the side surface into a cylindrical curved surface may be formed, and the external electrode may be formed on the side surface excluding the corner portion. Further, the other external electrodes 35c and 35d, which are dummy electrodes, may not be formed. Further, a through hole penetrating from the first surface 32a to the second surface 32b is formed in the substrate 30, and electrical connection is made from the connection electrode formed on the first surface 32a to the second surface 32b by the via conductor provided in the through hole. Conduction may be achieved.
  • an AC voltage is applied between the pair of first and second excitation electrodes 14 a and 14 b in the piezoelectric vibration element 10 via the external electrodes 35 a and 35 b of the substrate 30.
  • the piezoelectric substrate 11 vibrates in a predetermined vibration mode such as a thickness shear vibration mode, and resonance characteristics associated with the vibration are obtained.
  • FIGS. 3 is a plan view of the base member shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 4 and 5, illustration of various electrodes of the piezoelectric vibration element is omitted.
  • the electrode pads 33 a and 33 b can hold the piezoelectric vibration element 10 on the first surface 32 a of the substrate 30 at a position closer to one end than the central part of the piezoelectric vibration element 10. It is configured.
  • the electrode pads 33 a and 33 b may be capable of holding the vicinity of one end in the longitudinal direction of the piezoelectric vibration element 10.
  • the electrode pads 33 a and 33 b are arranged along the short side near the end portion of the piezoelectric vibration element 10 on the Z′-axis negative direction side.
  • a conductive holding member 36 a is provided between the electrode pad 33 a and the piezoelectric vibration element 10
  • a conductive holding member 36 b is provided between the electrode pad 33 b and the piezoelectric vibration element 10.
  • the electrode pads 33 a and 33 b and the conductive holding members 36 a and 36 b are each formed in a region that overlaps the piezoelectric vibration element 10 on the first surface 32 a of the substrate 30.
  • the planar shapes of the electrode pads 33a and 33b and the conductive holding members 36a and 36b are not particularly limited.
  • the conductive holding members 36a and 36b can be made of a material that hardens and shrinks when energy such as heat is applied.
  • the conductive holding members 36a and 36b may be a resin material having conductivity.
  • the conductive holding members 36a and 36b are epoxy adhesives.
  • the epoxy adhesive has high bonding strength and material strength, and is excellent in moisture resistance, and is suitable for an embodiment in which the cap 20 and the substrate 30 are bonded by air sealing.
  • an epoxy resin is maintained while maintaining a good frequency temperature characteristic when selecting a material for the conductive holding member.
  • a material excellent in strength and moisture resistance, such as a system adhesive, can be selected.
  • the material of the conductive holding members 36a and 36b is not limited to the above content, and for example, a silicone-based adhesive may be used, or other conductive adhesive may be used.
  • the conductive holding member 36a has the thinnest thinnest portion 38a (the range surrounded by the two-dot chain line in FIG. 4) in the thickness direction between the electrode pad 33a and the piezoelectric vibration element 10. ing.
  • the thickness of the conductive holding member 36a increases from the thinnest part 38a toward the direction connecting the central part of the piezoelectric vibration element 10 (the Z′-axis positive direction side in FIG. 4), and from the thinnest part 38a. It increases as it goes in the direction of one end on the side where the piezoelectric vibration element 10 is held (in FIG. 4, the Z′-axis negative direction side).
  • the thickness of the portion may have a relationship of D1> D2 with D2.
  • the thickness D1 of the conductive holding member 36a is a distance from the second surface 12b of the piezoelectric vibration element 10 to the electrode pad 33a.
  • the thickness D2 of the conductive holding member 36a may be a distance from the position raised to the end of the piezoelectric vibration element 10 to the electrode pad 33a as shown in FIG. 4, or like this When the fillet that rises at the end is not formed, the thickness D2 of the conductive holding member 36a may be the distance between the second surface 12b of the piezoelectric vibration element 10 and the electrode pad 33a.
  • the electrode pad 33a is formed in a convex shape that curves to the side facing the piezoelectric vibration element 10, and the side where the conductive holding member 36a faces the electrode pad 33a so as to follow the shape of the electrode pad 33a. It may be formed in a concave shape that curves.
  • the electrode pad 33a is formed to be inclined so that the thickness gradually decreases from the convex apex portion (the portion corresponding to the thinnest portion 38a of the conductive holding member 36a) to the periphery. The inclination angle is gentler on one end side than on the central side of the piezoelectric vibration element 10.
  • the conductive holding member 36a is formed to be inclined so that the thickness gradually increases from the thinnest portion 38a to the periphery, and the inclination angle is larger than that of the central side of the piezoelectric vibration element 10.
  • the one end side is gentler.
  • the conductive holding members 36a and 36b joined to both sides in the short direction of one end portion of the piezoelectric vibration element 10 have a piezoelectric vibration element due to a difference in thermal expansion and contraction between the piezoelectric vibration element 10 and the conductive holding members 36a and 36b. 10 is stressed.
  • the bending moment that the piezoelectric vibration element 10 receives from the conductive holding members 36 a and 36 b joined to both sides of the piezoelectric vibration element 10 in the short direction is away from the center of the piezoelectric vibration element 10 at the point where the force acts. It gets bigger. Therefore, the thickness D2 of the conductive holding members 36a and 36b provided at both ends in the short direction of the piezoelectric vibration element 10 is far from the center of the piezoelectric vibration element 10, and the conductivity is close to the center of the piezoelectric vibration element 10.
  • the bending which the piezoelectric vibration element 10 receives from the conductive holding members 36a and 36b is larger than the case where the thickness D2 of the conductive holding members 36a and 36b is D1 or more.
  • the moment can be reduced.
  • the amount of fluctuation of the bending moment acting on the piezoelectric vibration element 10 the amount of frequency fluctuation of the piezoelectric vibration element 10 can be reduced. Therefore, by setting the thickness of the conductive holding members 36a and 36b within a predetermined range, the bending moment due to the thermal contraction difference between the conductive holding members 36a and 36b and the piezoelectric vibration element 10 can be reduced. The amount of frequency fluctuation due to temperature change can be reduced.
  • All portions of the conductive holding members 36a and 36b extending from the thinnest portion 38a of the conductive holding members 36a and 36b toward the end of the piezoelectric vibration element 10 are provided only on the electrode pads 33a and 33b. It is preferable that all portions of the conductive holding members 36a and 36b extending from the thinnest portion 38a of the conductive holding members 36a and 36b toward the central portion of the piezoelectric vibration element 10 are only on the electrode pads 33a and 33b. More preferably, it is provided.
  • the portions of the conductive holding members 36a and 36b having a thickness D2 are bonded to the second surface 12b and the end surface of the piezoelectric vibration element 10, and are not bonded to the first surface 12a of the piezoelectric vibration element 10.
  • the thickness D0 of the thinnest portion 38a of the conductive holding member 36a may have a relationship of 0 ⁇ m ⁇ D0 ⁇ 6 ⁇ m, for example.
  • the thinnest portion 38a of the conductive holding member 36a may have a thickness that allows a satisfactory electrical connection and mechanical fixation between the piezoelectric vibration element 10 and the electrode pad 33a.
  • the thinnest portion 38a of the conductive holding member 36a is thin, the volume of the material of the conductive holding member 36a on the electrode pad 33a itself is reduced accordingly, so that the stress on the piezoelectric vibration element 10 is reduced. Can be made.
  • the piezoelectric vibrator since the thickness of the conductive holding member 36a is increased toward the central portion of the piezoelectric vibration element 10, it can be generated in the conductive holding member 36a.
  • the stress can be dispersed in a direction away from the piezoelectric vibration element 10. Therefore, it is possible to suppress the stress that can be generated in the conductive holding member 36 a from being transmitted to the piezoelectric vibration element 10.
  • the stress to the piezoelectric vibration element 10 can be reduced by making the thickness of the thinnest portion 38a of the conductive holding member 36a thinner than the conventional one. Therefore, the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibration element 10 can be improved.
  • the cross section in the longitudinal direction (Z′-axis direction) of the piezoelectric vibration element 10 has been described by taking the electrode pad 33a and the conductive holding member 36a as examples as shown in FIG. The same applies to the electrode pad 33b and the conductive holding member 36b.
  • the cross section in the longitudinal direction (Z′-axis direction) of the piezoelectric vibration element 10 has been described as shown in FIG. 4, but the short direction (X-axis) of the piezoelectric vibration element 10 is further illustrated in FIG. 5.
  • the conductive holding member 36 a is thicker from the thinnest portion 38 a toward the central portion of the piezoelectric vibration element 10 (in FIG. 5, the X axis negative direction side).
  • the thickness increases from the thinnest portion 38a toward the one end on the side holding the piezoelectric vibration element 10 (in FIG. 5, the X axis positive direction side).
  • the conductive holding member 36b also has the thinnest portion 38b, and becomes thicker from the thinnest portion 38b toward the central portion of the piezoelectric vibration element 10 (X-axis positive direction side in FIG. 5).
  • the thickness is increased from the thinnest portion 38a toward the one end portion on the side holding the piezoelectric vibration element 10 (in FIG. 5, the X axis negative direction side).
  • the frequency temperature characteristics can be further improved by applying the above contents in any direction including the longitudinal direction and the short direction of the piezoelectric vibration element 10.
  • the content related to the thickness of the conductive holding member described above may be applied only in the longitudinal direction of the piezoelectric vibration element 10 or may be applied only in the short direction of the piezoelectric vibration element 10.
  • the maximum frequency variation of the fundamental mode frequency in each sample was divided by the fundamental mode fundamental frequency value at 25 ° C. to evaluate the variation range [ppm] of the frequency temperature characteristic.
  • the fluctuation of the frequency temperature characteristic is as thin as 9.7 ppm on average, 10.8 ppm at maximum, 8.6 ppm at minimum, and 32 MHz on a thick condition of 32 MHz indicated by the solid line in FIG.
  • the average is 8.2 ppm
  • the maximum is 9.2 ppm
  • the minimum is 7.6 ppm
  • the average is 11.4 ppm
  • the maximum is 13.9 ppm
  • the minimum is 9.4 ppm under the thick condition of 48 MHz shown by the broken line in FIG.
  • FIG. 6 shows a tendency that the variation of the frequency temperature characteristic decreases as the thickness of the conductive holding member 36a36b decreases. Furthermore, under the thin condition where the thickness of the conductive holding members 36a and 36b is 6 ⁇ m, the maximum value of the frequency temperature characteristics at 32 MHz of all samples is less than 10.0 ppm, and the average value of all samples is less than 10.0 ppm at 48 MHz.
  • the defective rate when the maximum fluctuation value of the frequency temperature characteristic in the temperature range of ⁇ 30 ° C. to 85 ° C. is determined to be a non-defective product is 10.0 ppm or less is 40% at 32 MHz and 80% at 48 MHz under thick conditions. It was.
  • the defect rate under thin conditions was 0% at 32 MHz, 40% at 48 MHz, and less than 50%.
  • the thickness of the thinnest portions of the conductive holding members 36a and 36b is desirably 6 ⁇ m or less.
  • the thickness of the thinnest portions of the conductive holding members 36a and 36b is preferably 0.5 ⁇ m or more, and more preferably 1 ⁇ m or more.
  • the configuration in which the piezoelectric vibration element 10 is accommodated in the internal space by the concave cap 20 and the flat substrate 30 is described.
  • the combination of the configuration of the lid member and the base member is limited to this. not.
  • the flat lid member and the concave base member may be joined, or the concave lid member and the concave base member may be joined in the direction in which the openings face each other.
  • the internal space can be formed using the bonding material as a spacer.
  • both the lid member and the base member may be formed of the same material (for example, quartz) as the piezoelectric material of the piezoelectric vibration element.
  • the piezoelectric vibration element 10 is held at one end in the longitudinal direction.
  • the piezoelectric vibration element 10 may be held at one end in the short direction.
  • the piezoelectric vibration element 10 may be held on the substrate 30 at both ends in the longitudinal direction, for example.
  • each arrangement of the connection electrode of the piezoelectric vibration element 10, the electrode pad of the base member, and the conductive holding member can be appropriately changed in consideration of electrical connection with other members.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • Piezoelectric vibrator 10 Piezoelectric vibration element 20 Cap (lid member) 30 Substrate (base member) 33a Electrode pad 33b Electrode pad 36a Conductive holding member 36b Conductive holding member 38a Thinnest part 38b Thinnest part

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Abstract

圧電振動子（１）は、圧電振動素子（１０）と、電極パッド（３３ａ，３３ｂ）が形成されたベース部材（３０）と、電極パッド（３３ａ，３３ｂ）と圧電振動素子（１０）の間に設けられ、圧電振動素子（１０）の中央部よりも一方端部に近い位置で圧電振動素子（１０）を保持する導電性保持部材（３６ａ，３６ｂ）とを備え、導電性保持部材（３６ａ，３６ｂ）が、電極パッド（３３ａ，３３ｂ）と圧電振動素子（１０）の間において最も薄い最薄部（３８ａ，３８ｂ）を有し、最薄部から圧電振動素子の中央部に向かうに従って厚くなっている。

Description

圧電振動子
　本発明は、圧電振動子に関する。
　発振装置や帯域フィルタなどに用いられる圧電振動子の一態様として、圧電振動素子の一例である水晶振動素子が、パッケージ部材上に片持ち状態で保持された構成が知られている。パッケージ部材の電極パッドと水晶振動素子の間には導電性接着剤が設けられ、これによって水晶振動素子がパッケージ部材の電極パッドに電気的に接続されるとともに、パッケージ部材上に固定される（特許文献１～４参照）。
　例えば、特許文献１では、水晶振動素子が、セラミックなどの絶縁材料からなるパッケージに形成された内部端子（電極パッド）上に導電性接着剤を用いて保持され、パッケージ部材上の水晶振動素子が金属蓋によって気密封止した構成が開示されている。ここで、内部端子の上面と水晶振動素子との間に挟まれた導電性接着剤は、例えばシリコーン系樹脂材料からなり、その厚みは通常２０μｍ程度である。このような導電性接着剤を硬化及び収縮させることによって、水晶振動素子が導電性接着剤を介してパッケージ部材上に保持される。
特開２００４－２２２００６号公報 特開平１０－９８３４９号公報 特開２００５－１２３８４号公報 特開２００８－１０９５３８号公報
　しかしながら、特許文献１のような構成によれば、導電性接着剤が硬化収縮するときの応力が、ベース部材上に保持される水晶振動素子に伝達され、これにより良好な周波数温度特性が得られない場合があった。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子の周波数温度特性の向上を図ることができる圧電振動子を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、電極パッドが形成されたベース部材と、電極パッドと圧電振動素子の間に設けられ、圧電振動素子の中央部よりも一方端部に近い位置で圧電振動素子を保持する導電性保持部材とを備え、導電性保持部材が、電極パッドと圧電振動素子の間において最も薄い最薄部を有し、最薄部から圧電振動素子の中央部に向かうに従って厚くなっている。
　上記構成によれば、導電性保持部材の厚さが、圧電振動素子の中央部に向かって厚くなっているので、温度変化に起因して生じ得る圧電振動素子へ応力が分散される。したがって、導電性保持部材に生じ得る応力が圧電振動素子に伝達することを抑制することができる。よって、圧電振動素子の周波数温度特性の向上を図ることができる。
　本発明によれば、圧電振動素子の周波数温度特性の向上を図ることができる圧電振動子を提供することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係るベース部材の平面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ線断面図である。 図６は、導電性接着剤の厚みと周波数温度特性の変動範囲との関係を示すグラフである。
　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。
　図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る圧電振動子を説明する。ここで、図１は、圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｕｎｉｔ）の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。なお、図２において、圧電振動素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の各種電極の図示は省略している。
　図１に示すように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１０と、リッド部材の一例であるキャップ２０と、ベース部材の一例である基板３０とを備える。キャップ２０及び基板３０は、圧電振動素子１０を保持する保持器である。キャップ２０及び基板３０が後述する接合材４０を挟んで接合されることにより、圧電振動素子１０を収容するための封止空間を有するケース又はパッケージが形成される。圧電振動子１は、例えば後述の水晶振動素子を有する水晶振動子であってもよい。
　圧電振動素子１０は、圧電基板１１と、圧電基板１１に形成された第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂとを含む。第１励振電極１４ａは、圧電基板１１の主面である第１面１２ａに形成され、また、第２励振電極１４ｂは、圧電基板１１の第１面１２ａと対向する主面である第２面１２ｂに形成されている。
　圧電基板１１は、所与の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。図１に示す例では、圧電基板１１は、厚さ方向の平面視において矩形状をなしているＡＴカットされた水晶基板（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）である。この場合、圧電振動素子１０は、ＡＴカットの水晶基板を有する水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）である。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（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示す例では、ＡＴカット水晶基板である圧電基板１１は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面を平面視したときにおいて長方形状をなしている。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。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。
　なお、本実施形態に係る圧電基板は上記構成に限定されるものではなく、例えば、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を有するＡＴカット水晶基板を適用してもよい。あるいは、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）の水晶基板であってもよいし、水晶以外のセラミックなどのその他の圧電材料を適用してもよい。
　第１励振電極１４ａは、圧電基板１１の第１面１２ａ（Ｙ´軸正方向側のＸＺ´面）に形成され、また、第２励振電極１４ｂは、圧電基板１１の第１面１２ａと対向する第２面１２ｂ（Ｙ´軸負方向側のＸＺ´面）に形成されている。第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂは一対の電極であり、ＸＺ´面において互いに略全体が重なり合うように配置されている。各励振電極１４ａ，１４ｂは例えばＸＺ´面において長方形状をなしていてもよい。この場合、例えば励振電極１４ａ、１４ｂの長手方向が圧電基板１１の長手方向と一致する向きに配置されている。
　圧電基板１１には、第１励振電極１４ａに引出電極１５ａを介して電気的に接続された接続電極１６ａと、第２励振電極１４ｂに引出電極１５ｂを介して電気的に接続された接続電極１６ｂとが形成されている。具体的には、引出電極１５ａは、第１面１２ａにおいて第１励振電極１４ａからＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１のＺ´軸負方向側の側面を通って、第２面１２ｂに形成された接続電極１６ａに接続されている。他方、引出電極１５ｂは、第２面１２ｂにおいて第２励振電極１４ｂからＺ´軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２面１２ｂに形成された接続電極１６ｂに接続されている。接続電極１６ａ，１６ｂは、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って配置され、これらの接続電極１６ａ，１６ｂは、後述する導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介して基板３０に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、本実施形態において、接続電極１６ａ，１６ｂ及び引出電極１５ａ，１５ｂの配置やパターン形状は限定されるもので
はなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。
　第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂ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）層を形成してもよく、その材料は限定されるものではない。
　図２に示すように、キャップ２０は、基板３０の第１面３２ａに対向して開口した凹部２４を有する。凹部２４には、開口の全周に亘って、凹部２４の底面から立ち上がるように形成された側壁部２２が設けられている。また、キャップ２０は、凹部２４の開口縁において基板３０の第１面３２ａに対向する対向面２６を有している。キャップ２０は、側壁部２２からさらに開口外方向へ突出するフランジ部２８を有していてもよく、この場合、フランジ部２８が対向面２６を有している。これによれば、フランジ部２８と基板３０を接合することによって、両者の接合面積を大きくすることができるため、両者の接合強度の向上を図ることができる。
　なお、本実施形態においてキャップ２０の形状は特に限定されるものではなく、例えば、フランジ部２８を有しておらず、凹部２４の底面から略垂直に立ち上げ形成された側壁部２２の先端が基板３０と接合されてもよい。
　キャップ２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成されていてもよい。これによれば、キャップ２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。あるいは、キャップ２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。
　基板３０の第１面３２ａ（搭載面）には、圧電振動素子１０が搭載される。図１に示す例では、基板３０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しており、ＸＺ´面において長方形状をなしている。基板３０は、例えば絶縁性セラミックで形成されてもよい。あるいは、基板３０は、ガラス材料（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）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラス繊維にエポキシ系樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基板３０は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１面３２ａの最表層に形成された絶縁層を含んでもよい。基板３０は平板な板状をなしている。図２に示すように、キャップ２０及び基板３０の両者が接合材４０を介して接合されることによって、圧電振動素子１０が、キャップ２０の凹部２４と基板３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２６に密封封止される。
　接合材４０は、キャップ２０及び基板３０のそれぞれの全周に亘って設けられており、キャップ２０の側壁部２２の対向面２６と、基板３０の第１面３２ａとの間に介在している。接合材４０は絶縁性材料からなるものであってもよい。絶縁性材料としては、例えばガラス材料（例えば低融点ガラス）であってもよく、あるいは、樹脂材料（例えばエポキシ系樹脂）であってもよい。これらの絶縁性材料によれば、金属接合に比べて低コストであり、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。なお、キャップ２０にシールド機能を付加する場合には、キャップ２０に対する電気的接続を確保しつつキャップ２０が基板３０に接合材４０を介して接合されればよい。
　図１に示すように、基板３０は、圧電振動素子１０と電気的に接続するための電極パッド３３ａ，３３ｂと、電極パッド３３ａ，３３ｂに電気的に接続された引出電極３４ａ，３４ｂとを含む。電極パッド３３ａ，３３ｂは第１面３２ａに形成され、引出電極３４ａ，３４ｂは電極パッド３３ａ，３３ｂから第１面３２ａの外縁に向かって引き出されている。図１に示す例では、電極パッド３３ａ，３３ｂは、基板３０の第１面３２ａにおけるＺ´軸正方向側の短辺に沿って配置されている。
　電極パッド３３ａには、導電性保持部材３６ａを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ａが接続され、他方、電極パッド３３ｂには、導電性保持部材３６ｂを介して、圧電振動素子１０の接続電極１６ｂが接続される。こうして、電極パッド３３ａは圧電振動素子１０の第１励振電極１４ａに電気的に接続され，他方、電極パッド３３ｂは圧電振動素子１０の第２励振電極１４ｂに電気的に接続される。なお、電極パッド３３ａ，３３ｂ及び導電性保持部材３６ａ，３６ｂの詳細は後述する。
　引出電極３４ａは、電極パッド３３ａから基板３０のいずれか１つのコーナー部に向かって引き出され、他方、引出電極３４ｂは、電極パッド３３ｂから基板３０の他の１つのコーナー部に向かって引き出されている。また、基板３０の各コーナー部には、複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが形成されている。図１に示す例では、引出電極３４ａがＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側のコーナー部に形成された外部電極３５ａに接続され、他方、引出電極３４ｂがＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側のコーナー部に形成された外部電極３５ｂに接続されている。また図１に示すように、残りのコーナー部にも、外部電極３５ｃ，３５ｄが形成されている。これらの外部電極３５ｃ，３５ｄは圧電振動素子１０の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂとは電気的に接続されないダミー電極であってもよく、あるいは、基板３０に搭載される電子部品とも電気的に接続されないダミー電極であってもよい。このようなダミー電極を形成することにより、外部電極を形成するための導電材料の付与が容易になり、また、全てのコーナー部に外部電極を形成することができるため、圧電振動子を他の部材に電気的に接続する処理工程も容易となる。なお、ダミー電極としての外部電極３５ｃ，３５ｄは、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。キャップ２０が導電性材料からなる場合、キャップ２０にシールド機能を付加することができる。この場合、シールド機能を向上させるために、キャップ２０を接地用電極である外部電極３５ｃ，３５ｄに接続することができる。
　図１に示す例では、基板３０のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有しており、外部電極３５ａ～３５ｄは、このような切り欠き側面及び第２面３２ｂにかけて連続的に形成されている。なお、基板３０のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、平面視して四隅が直角な矩形状であってもよい。
　なお、基板３０の接続電極、引出電極及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、電極パッド３３ａ，３３ｂは、一方がＺ´軸正方向側に形成され、他方がＺ´軸負方向側に形成されるなど、基板３０の第１面３２ａ上において互いに異なる側に配置されていてもよい。このような構成においては、圧電振動素子１０が、長手方向の一方端及び他方端の両方において基板３０に保持されることになる。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３０のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極３５ｃ，３５ｄは形成しなくてもよい。また、基板３０に第１面３２ａから第２面３２ｂへ貫通するスルーホールを形成し、このスルーホールに設けられたビア導体によって第１面３２ａに形成した接続電極から第２面３２ｂへ電気的導通を図ってもよい。
　図１に示す圧電振動子１においては、基板３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、圧電振動素子１０における一対の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂの間に交流電圧を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで圧電基板１１が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
　次に、図３～図５を参照しつつ、電極パッド及び導電性保持部材について詳述する。図３は図１に示されるベース部材の平面図、図４は図３のＩＶ－ＩＶ線断面図、図５は図３のＶ－Ｖ線断面図である。なお、図４及び図５において圧電振動素子の各種電極の図示は省略している。
　図３に示すように、電極パッド３３ａ，３３ｂは、基板３０の第１面３２ａ上において、圧電振動素子１０の中央部よりも一方端部に近い位置で圧電振動素子１０を保持可能なように構成されている。電極パッド３３ａ，３３ｂは、圧電振動素子１０の長手方向の一方端部付近を保持可能であってもよい。図３に示す例では、電極パッド３３ａ，３３ｂは、圧電振動素子１０のＺ´軸負方向側の端部付近にその短辺に沿って配置されている。また、電極パッド３３ａと圧電振動素子１０との間には導電性保持部材３６ａが設けられ、他方、電極パッド３３ｂと圧電振動素子１０との間には導電性保持部材３６ｂが設けられている。電極パッド３３ａ，３３ｂ及び導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、それぞれ少なくとも一部が基板３０の第１面３２ａ上における圧電振動素子１０と重なる領域に形成されている。なお、電極パッド３３ａ，３３ｂ及び導電性保持部材３６ａ，３６ｂの平面形状は特に限定されるものではない。
　導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、熱などのエネルギーを加えることによって硬化及び収縮する材料を用いることができる。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは導電性を備える樹脂材料であってもよい。例えば、導電性保持部材３６ａ，３６ｂはエポキシ系接着剤である。エポキシ系接着剤は、接合強度及び材料強度が強く、また耐湿性にも優れており、キャップ２０及び基板３０を大気封止によって接合する態様に好適である。この点、本実施形態では、後述するように圧電振動素子１０の周波数温度特性の向上を図ることができるため、導電性保持部材の材料の選定にあたって、良好な周波数温度特性を維持しつつ、エポキシ系接着剤のような強度や耐湿性に優れる材料を選定することができる。
　なお、導電性保持部材３６ａ，３６ｂの材料は上記内容に限定されるものではなく、例えばシリコーン系接着剤を用いてもよいし、その他の導電性接着剤を用いてもよい。
　図４に示すように、導電性保持部材３６ａは、電極パッド３３ａと圧電振動素子１０の間における厚み方向において最も薄い最薄部３８ａ（図４の二点鎖線で囲まれた範囲）を有している。導電性保持部材３６ａの厚みは、最薄部３８ａから圧電振動素子１０の中央部を結ぶ方向（図４ではＺ´軸正方向側）に向かうに従って厚くなっており、また、最薄部３８ａから圧電振動素子１０を保持する側の一方端部の方向（図４ではＺ´軸負方向側）に向かうに従って大きくなっている。導電性保持部材３６ａのうち、最薄部３８ａよりも圧電振動素子１０の中央部側における最も厚い部分の厚さＤ１と、最薄部３８ａよりも圧電振動素子１０の一方端部側における最も厚い部分の厚さをＤ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有していてもよい。ここで、導電性保持部材３６ａの厚さＤ１は、圧電振動素子１０の第２面１２ｂから電極パッド３３ａまでの距離である。また、導電性保持部材３６ａの厚さＤ２は、図４に示されるように圧電振動素子１０の端部にせり上がった位置から電極パッド３３ａまでの距離であってもよいし、あるいは、このような端部にせり上がったフィレットが形成されない場合、導電性保持部材３６ａの厚さＤ２は圧電振動素子１０の第２面１２ｂと電極パッド３３ａまでの距離であってもよい。
　また、電極パッド３３ａは、圧電振動素子１０を向く側に湾曲する凸状に形成されており、このような電極パッド３３ａの形状に沿うように、導電性保持部材３６ａが電極パッド３３ａを向く側に湾曲する凹状に形成されていてもよい。電極パッド３３ａは、凸状の頂点部分（導電性保持部材３６ａの最薄部３８ａに対応する部分）から周辺に拡がる方向にかけて徐々に厚さが薄くなるように傾斜して形成されており、その傾斜角度は、圧電振動素子１０の中央側に比べて一方端部側のほうが緩やかとなっている。他方、導電性保持部材３６ａは、最薄部３８ａから周辺に拡がる方向にかけて徐々に厚さが厚くなるように傾斜して形成されており、その傾斜角度は、圧電振動素子１０の中央側に比べて一方端部側のほうが緩やかとなっている。圧電振動素子１０の一方端部の短手方向の両側に接合されている導電性保持部材３６ａ、３６ｂが、圧電振動素子１０と導電性保持部材３６ａ、３６ｂとの熱伸縮差により、圧電振動素子１０に応力を与える。このとき、圧電振動素子１０の短手方向の両側に接合された導電性保持部材３６ａ、３６ｂから圧電振動素子１０が受ける曲げモーメントは、力が作用する点が圧電振動素子１０の中央部から離れるほど大きくなる。そのため、圧電振動素子１０の中央部から遠く、圧電振動素子１０の短手方向の両端部に設けられた導電性保持部材３６ａ、３６ｂの厚みＤ２が、圧電振動素子１０の中央部から近い導電性保持部材３６ａ、３６ｂの厚さＤ１より小さく設けられることで、導電性保持部材３６ａ、３６ｂの厚みＤ２がＤ１以上の場合に比べて、導電性保持部材３６ａ、３６ｂから圧電振動素子１０が受ける曲げモーメントを小さくすることができる。圧電振動素子１０に作用する曲げモーメントの変動量を小さくすることで、圧電振動素子１０の周波数変動量を小さくできる。従って、導電性保持部材３６ａ、３６ｂの厚みを所定の範囲に設定することで、導電性保持部材３６ａ、３６ｂと圧電振動素子１０との熱収縮差に起因する曲げモーメントが小さくでき、その結果、温度変化による周波数変動量が小さくできる。導電性保持部材３６ａ、３６ｂの最薄部３８ａから圧電振動素子１０の端部に向かって延びる導電性保持部材３６ａ、３６ｂの全ての部分が、電極パッド３３ａ、３３ｂ上にのみに設けられていることが好ましく、さらに導電性保持部材３６ａ、３６ｂの最薄部３８ａから圧電振動素子１０の中央部に向かって延びる導電性保持部材３６ａ、３６ｂの全ての部分が電極パッド３３ａ、３３ｂ上にのみに設けられていることがより好ましい。導電性保持部材３６ａ、３６ｂの厚みＤ２の部分は、圧電振動素子１０の第２面１２ｂと端面とに接合され、圧電振動素子１０の第１面１２ａとは接合されていない。
　導電性保持部材３６ａの最薄部３８ａの厚さＤ０は、例えば０μｍ＜Ｄ０≦６μｍの関係を有していてもよい。この場合、導電性保持部材３６ａの最薄部３８ａは、圧電振動素子１０と電極パッド３３ａとの良好な電気的接続及び機械的固定が可能である厚さ以上を有していてもよい。また、導電性保持部材３６ａの最薄部３８ａの厚さが薄いと、電極パッド３３ａ上の導電性保持部材３６ａの材料の体積自体がその分小さくなるので、圧電振動素子１０への応力を低減させることができる。
　以上のとおり、本実施形態に係る圧電振動子によれば、導電性保持部材３６ａの厚さが、圧電振動素子１０の中央部に向かって厚くなっているので、導電性保持部材３６ａに生じ得る応力を圧電振動素子１０から離れる方向に分散させることができる。したがって、導電性保持部材３６ａに生じ得る応力が圧電振動素子１０に伝達することを抑制することができる。また、導電性保持部材３６ａの最薄部３８ａの厚さを従来よりも薄くすることによって、圧電振動素子１０への応力を低減させることができる。よって、圧電振動素子１０の周波数温度特性の向上を図ることができる。
　上記実施形態では、図４に示すように圧電振動素子１０の長手方向（Ｚ´軸方向）の断面について、電極パッド３３ａ及び導電性保持部材３６ａを例に挙げて説明したが、上記内容は、電極パッド３３ｂ及び導電性保持部材３６ｂについても同様に適用することができる。
　上記実施形態では、図４に示すように圧電振動素子１０の長手方向（Ｚ´軸方向）の断面について説明したが、さらに、図５に示すように圧電振動素子１０の短手方向（Ｘ軸方向）の断面についても同様に適用することができる。この場合、図５に示すように、導電性保持部材３６ａは、最薄部３８ａから圧電振動素子１０の中央部の方向（図５ではＸ軸負方向側）に向かうに従って厚くなっており、また、最薄部３８ａから圧電振動素子１０を保持する側の一方端部の方向（図５ではＸ軸正方向側）に向かうに従って厚くなっている。また、導電性保持部材３６ｂも同様に最薄部３８ｂを有しており、最薄部３８ｂから圧電振動素子１０の中央部の方向（図５ではＸ軸正方向側）に向かうに従って厚くなっており、また、最薄部３８ａから圧電振動素子１０を保持する側の一方端部の方向（図５ではＸ軸負方向側）に向かうに従って厚くなっている。このように、圧電振動素子１０の長手方向及び短手方向を含むいずれの方向においても、上記内容を適用することによって、さらなる周波数温度特性の向上を図ることができる。あるいは、上記した導電性保持部材の厚さに関する内容は、圧電振動素子１０の長手方向のみに適用してもよいし、圧電振動素子１０の短手方向のみに適用してもよい。
　電極パッド３３ａ，３３ｂの厚みによる周波数温度特性の影響を確認するため、主要モードの基本周波数が３２ＭＨｚと４８ＭＨｚとの２つ周波数を有するＡＴカットの水晶振動子について、それぞれ１５個のサンプルを用いて、図４の符号３８ａで示される、導電性保持部材３６ａ，３６ｂの最薄部の厚みを３２ＭＨｚで９μｍ、４８ＭＨｚで１０μｍとした厚い条件と、電極パッド３３ａ，３３ｂの高さを高くすることで導電性保持部材３６ａ，３６ｂの最薄部の厚みを３２ＭＨｚと４８ＭＨｚともに６μｍとした薄い条件とで、評価実験を実施した。なお、実験の温度範囲は－３０℃～８５℃とした。この温度範囲において、各サンプルでの主要モードの基本周波数の周波数変動の最大値を２５℃での主要モードの基本周波数の値で除して周波数温度特性の変動範囲［ｐｐｍ］を評価した。図６、表１、表２に示す評価結果から、周波数温度特性の変動が、図６の実線で示す３２ＭＨｚの厚い条件で平均９．７ｐｐｍ、最大１０．８ｐｐｍ、最小８．６ｐｐｍ、３２ＭＨｚの薄い条件で平均８．２ｐｐｍ、最大９．２ｐｐｍ、最小７．６ｐｐｍとなり、図６の破線で示す４８ＭＨｚの厚い条件で平均１１．４ｐｐｍ、最大１３．９ｐｐｍ、最小９．４ｐｐｍとなり、４８ＭＨｚの薄い条件で平均９．４ｐｐｍ、最大１２．２ｐｐｍ、最小８．２ｐｐｍとなった。３２ＭＨｚの薄い条件の平均８．２ｐｐｍは、３２ＭＨｚの厚い条件より１５％減少しており、４８ＭＨｚの薄い条件の平均９．４ｐｐｍでも、４８ＭＨｚの厚い条件より１７％減少する結果となった。図６には、導電性保持部材３６ａ３６ｂの厚み減少にしたがって、周波数温度特性の変動の減少する傾向が示されている。さらに、導電性保持部材３６ａ，３６ｂの厚み６μｍとした薄い条件では、全サンプルの３２ＭＨｚにおける周波数温度特性の最大値が１０．０ｐｐｍ未満となり、４８ＭＨｚでは全サンプルの平均値が１０．０ｐｐｍ未満となる結果を得た。さらに、－３０℃～８５℃の温度範囲における周波数温度特性の最大変動値が１０．０ｐｐｍ以下を良品と判定したときの不良率は、厚い条件において、３２ＭＨｚで４０％、４８ＭＨｚで８０％となった。薄い条件のおける不良率は、３２ＭＨｚで０％、４８ＭＨｚで４０％となり５０％未満となった。このため、１０．０ｐｐｍ以下に変動抑えた周波数温度特性を有する圧電振動素子を得るためには、導電性保持部材３６ａ，３６ｂの最薄部の厚みは６μｍ以下であることが望ましい。一方で、圧電振動素子１０と電極パッド３３ａ，３３ｂとの接合強度を維持し、かつ圧電振動素子１０と電極パッド３３ａ，３３ｂ間にある導電性保持部材３６ａ，３６ｂ（樹脂を主剤とする導電性接着剤）による振動漏れの抑制効果を得るには、導電性保持部材３６ａ，３６ｂの最薄部の厚みは０．５μｍ以上が望ましく、１μｍ以上がさらに望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、上記実施形態では、凹状のキャップ２０と平板な基板３０とによって圧電振動素子１０を内部空間に収容する構成を説明したが、リッド部材及びベース部材の構成の組み合わせはこれに限定されるものではなく。例えば、平板のリッド部材と凹状のベース部材とを接合してもよいし、あるいは、凹状のリッド部材と凹状のベース部材とを相互に開口が対向し合う向きに接合してもよい。また、平板なリッド部材と平板なベース部材とを接合材を介して接合することによって、接合材をスペーサとして内部空間を形成することもできる。
　また、例えば、リッド部材及びベース部材をいずれも圧電振動素子の圧電材料と同じ材料（例えば水晶）によって形成してもよい。
　また、上記実施形態では、圧電振動素子１０がその長手方向の一方端に保持される態様について説明したが、変形例として、圧電振動素子１０はその短手方向の一方端に保持されてもよいし、あるいは、圧電振動素子１０の例えば長手方向の両端において基板３０に保持されてもよい。このような場合、圧電振動素子１０の接続電極、ベース部材の電極パッド及び導電性保持部材の各配置は、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更することができる。
　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　圧電振動子
　　１０　圧電振動素子
　　２０　キャップ（リッド部材）
　　３０　基板（ベース部材）
　３３ａ　電極パッド
　３３ｂ　電極パッド
　３６ａ　導電保持部材
　３６ｂ　導電保持部材
　３８ａ　最薄部
　３８ｂ　最薄部

Claims (9)

  1. 　圧電振動素子と、
    　電極パッドが形成されたベース部材と、
    　前記電極パッドと前記圧電振動素子の間に設けられ、前記圧電振動素子の中央部よりも一方端部に近い位置で前記圧電振動素子を保持する導電性保持部材と
    を備え、
    　前記導電性保持部材が、前記電極パッドと前記圧電振動素子の間において最も薄い最薄部を有し、前記最薄部から前記圧電振動素子の中央部に向かうに従って厚くなっている、圧電振動子。
  2. 　前記導電性保持部材が、前記最薄部から前記圧電振動素子を保持する側の一方端部に向かって厚く形成され、
    　前記導電性保持部材のうち、前記最薄部よりも前記圧電振動素子の中央部側における最も厚い部分が、前記最薄部よりも前記圧電振動素子の前記一方端部側における最も厚い部分よりも厚い、請求項１記載の圧電振動子。
  3. 　前記電極パッドが、前記圧電振動素子を向く側に湾曲する凸状に形成され、
    　前記導電性保持部材が、前記電極パッドを向く側に湾曲する凹状に形成された、請求項１又は２に記載の圧電振動子。
  4. 　前記導電性保持部材の前記最薄部の厚みが、６μｍ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  5. 　前記導電性保持部材の前記最薄部の厚みが、０．５μｍ以上である、請求項４に記載の圧電振動子。
  6. 　前記導電性保持部材の前記最薄部の厚みが、１．０μｍ以上である、請求項５に記載の圧電振動子。
  7. 　前記導電性保持部材がエポキシ系接着剤である、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  8. 　前記圧電振動素子を内部空間に密封封止するように前記ベース部材に接合されたリッド部材をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電振動子。
  9. 　前記圧電振動素子が水晶振動素子である、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電振動子。
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