JP2006020020A

JP2006020020A - 水晶振動子

Info

Publication number: JP2006020020A
Application number: JP2004195287A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Umeki; 三十四梅木
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20060001333A1; US7199510B2

Abstract

【目的】本発明はＣＩ及び容量比γを小さく維持した特に高周波用の水晶振動子を提供する。
【構成】振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部とする。
【選択図】図１

Description

本発明は外周部より厚みの小さい振動領域を有する高周波用の水晶振動子を技術分野とし、特に励振電極と引出電極との接続長（領域）を大きくして振動特性を良好にした水晶振動子に関する。

（発明の背景）水晶振動子は周波数制御素子として知られ、各種電子機器の発振器に周波数及び時間の基準源として組み込まれる。近年では、光通信等の台頭によって例えば600MHz帯とした高周波化が進行し、これらの一つにエッチングによる振動領域の厚みを小さくしたものがある（特許文献１）。

（従来技術の一例）第２図は一従来例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は同断面図である。

水晶振動子は例えばＡＴカットとした矩形状の水晶片１からなる。水晶片１は振動領域１ａとする厚みの小さい中央部と、その外周を包囲する厚みの大きい外周部とを有する。振動領域（中央部）１ａには両主面間で対向する一対の励振電極２（ａｂ）が形成される。一対の励振電極２（ａｂ）は外周部の内壁から離間して形成され、電極面積に対する振動領域１ａを充分大きくする。一対の励振電極２（ａｂ）からは互いに反対方向の両端部に引出電極３（ａｂ）を延出する。

これらは、写真製版及びエッチング技術によって形成され、図示しない一枚の水晶ウェハから多数の水晶片１が形成される。そして、引出電極３（ａｂ）の延出した両端部を、例えば第３図に示したように表面実装容器４の内底面に固着し、カバー５を被せて密閉封入される。但し、一主面（凹面）側の引出電極３ａは側面を経て他主面に延出する。内底面には引出電極３（ａｂ）と電気的に接続する水晶端子を有し、外表面に実装端子６として導出される。これにより、表面実装振動子を構成する。符号７は導電性接着剤である。

このようなものでは、振動周波数（基本波）を例えば622MHzとすると、振動領域１ａの厚みは約2.2μmになる。そして、水晶振動子の小型化から、水晶片１の外形を例えば約1.4×1.2mmとして、振動領域１ａの直径を0.5mmとし、各励振電極２（ａｂ）の直径を0.2mmとする。
特開平２００４−７２６７６号公報特開２００４−４０６９３号公報

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶振動子では小型化に伴う水晶片１の外形寸法の縮小化等により、クリスタルインピーダンス（以下、ＣＩとする）は基本的に大きくなる問題があった。例えば励振電極２（ａｂ）が小さくなることによって、励振電極２（ａｂ）と引出電極３（ａｂ）との接続長（領域）が小さくなる。

このため、励振電極２（ａｂ）と引出電極３（ａｂ）との間の電気的な導通抵抗が大きくなって、励振電極２（ａｂ）に充分な電気的エネルギーを供給できない。また、引出電極３（ａｂ）自体の幅も小さく導通抵抗が増大すること等に起因してＣＩが大きくなる。

このことから、例えば第４図に示したように、引出電極３（ａｂ）を励振電極２（ａｂ）の互いに反対側の約半周で接続して、反対方向の両端部にそれぞれ広がり領域を設けて延出する（特許文献１）。そして、引出電極３（ａｂ）の厚みは励振電極２（ａｂ）よりも大きくする。これにより、励振電極２（ａｂ）と引出電極３（ａｂ）との接続長を大きくして両者間の導通抵抗を小さくする。また、引出電極３（ａｂ）自体の幅及び厚みも大きく導通抵抗を小さくする。したがって、ＣＩを小さくできる。

しかし、これ以上に、引出電極３（ａｂ）と励振電極２（ａｂ）との接続長を大きくしてＣＩを小さくすることには限界があった。すなわち、各引出電極３（ａｂ）を励振電極２（ａｂ）の全外周に接続し、励振電極２（ａｂ）の全外周から電気的エネルギーを供給すればＣＩを小さくできることが想定されるが、この場合には両主面間で一対の引出電極３（ａｂ）が重畳する。

この場合、一対の励振電極２（ａｂ）を大きくしたことになるので、電極間容量を主因とした等価並列容量Ｃ0が増加して、容量比γを大きくする。なお、容量比γは等価直列容量Ｃ1との比Ｃ0／Ｃ1であり、これが小さいほど周波数可変幅は大きくなって発振回路の構成及び調整を容易にする。したがって、通常では容量比γは小さい値に設計される。

等価並列容量（電極間容量）Ｃ0及び同直列容量Ｃ1は、いずれも励振電極２（ａｂ）の対向面積に比例して大きくなる。したがって、励振電極２（ａｂ）の全外周に引出電極３（ａｂ）を接続して実質的に励振電極２（ａｂ）を大きくした場合は、等価直列容量Ｃ1は飽和して同並列容量Ｃ0は増加する。これにより、容量比γは大きくなる問題があった。これらのことから、励振電極２（ａｂ）に対する引出電極３（ａｂ）の接続長は半周以内と制限され、接続長を大きくすることによるＣＩの低下には限界があった。

（発明の目的）本発明はＣＩ及び容量比γを小さく維持した特に高周波用の水晶振動子を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部とした構成とする。

このような構成であれば、引出電極は励振電極の外周の少なくとも半周以上にわたって接続するので、両者間の導通抵抗を小さくして半周以上の外周から電気的エネルギーを供給できる。したがって、基本的にＣＩを小さくできる。

また、両主面間で重畳する引出電極の対向部は肉厚部とするので、引出電極の重畳部（対向部）による電極間容量は厚みが大きい分小さくなって激減する。したがって、等価並列容量Ｃ0は肉厚部（対向部）内における励振電極の対向面積に依存して小さく維持できる。また、振動周波数に対する励振電極の面積は一定で等価直列容量Ｃ1もほぼ一定に維持されることから、容量比γ（＝Ｃ0／Ｃ1）を小さくできる。

そして、引出電極の対向部での振動周波数は、励振電極（振動領域）による振動周波数よりも低域側に生ずることから、格別な影響を与えることがない。勿論、対向部での振動周波数が悪影響を与えない厚み、例えば対向部での振動周波数の奇数次高調波（オーバトーン）が振動領域での振動周波数とは異なる領域になる厚みに設定される。

本発明の請求項２に示したように、請求項１の前記対向部は前記励振電極の全外周に設ける。これにより、励振電極と引出電極との間の導通抵抗を最小にし、励振電極）の全外周から電気的エネルギーを供給でき、ＣＩを最小にする。

同請求項３では、請求項１の引出電極は前記対向部から広がり領域をもって延出するとともに、前記引出電極の厚みは前記励振電極の厚みより大きくする。これにより、断面積を大きくして引出電極自体導通抵抗を小さくできる。

第１（ａｂｃ）図は本発明の一実施例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は振動領域の一部拡大断面図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

水晶振動子は、前述したように、ＡＴカットとした矩形状の水晶片１からなり、振動領域１ａとする厚みの小さい中央部と、その外周を包囲する厚みの大きい外周部とを有する。振動領域１ａ（中央部）には両主面間で対向する一対の励振電極２（ａｂ）が形成され、互いに反対方向の両端部に引出電極３（ａｂ）を延出する。振動周波数を622MHz（厚みは約2.2μm）とし、外形を約1.4×1.2mmとして、振動領域１ａの直径を0.5mmとし、励振電極２（ａｂ）の直径を0.2mmとする。

ここでは、一主面の励振電極２（ａｂ）の全外周に環状の肉厚部（環状肉厚部とする）８を設ける。環状肉厚部８は平坦面とした他主面に設けた突出部によって形成される。そして、環状肉厚部８の両主面に引出電極３（ａｂ）を形成する。各引出電極３（ａｂ）は両主面の励振電極２（ａｂ）の全外周で内周が接続して、両主面間で重畳する。以下では、引出電極３（ａｂ）の重畳する対向部を環状対向部３（a1、b1）とする。

そして、環状対向部３（a1、b1）の互いに反対側の各半周から広がり領域を設けて反対方向の両端部に延出する。さらに、引出電極３（ａｂ）の厚みは、励振電極２（ａｂ）のそれよりも大きくして引出電極３（ａｂ）自体の導通抵抗を小さくする。そして、前述同様に表面実装容器に収容されて密閉封される（前第３図参照）。

このような構成であれば、発明の効果（「0015」欄）等で記載するように、引出電極３（ａｂ）は、環状対向部３（a1、b1）が励振電極２（ａｂ）の半周よりも長い接続領域となる全外周に接続する。したがって、この場合には、励振電極２（ａｂ）と引出電極３（ａｂ）「環状対向部３（a1、b1）」との導通抵抗を最小にして、全外周から充分な電気的エネルギーを供給できる。これにより、ＣＩを基本的に小さくできる。

また、引出電極３（ａｂ）の環状対向部３（a1、b1）は環状肉厚部８として振動領域１ａよりも厚みを大きくする。したがって、環状対向部３（a1、b1）での電極間容量は小さくなる。このことから、等価並列容量Ｃ0は励振電極２（ａｂ）の対向面積に依存して小さく維持できる。また、等価直列容量Ｃ1は、励振電極２（ａｂ）の大きさが一定に維持されることから、容量比γ（Ｃ0／Ｃ1）を小さくできる。

ちなみに、前述のように振動領域１ａの厚み2.2μmとして、励振電極２（ａｂ）の直径0.2mmとすると電極間容量は0.5pFになる。これに対して、環状肉厚部の上面の電極幅を0.05mmとし、環状肉厚部８を20μmの肉厚にしたとすると、合計の電極間容量は約0.53pFになる。したがって、励振電極２（ａｂ）による電極間容量に依存して小さくできる。

この場合、環状肉厚部８（環状対向部）での振動周波数は、励振電極２（ａｂ）（振動領域１ａ）による振動周波数よりも低域側に生ずることから、格別な影響を与えることがない。例えば対向部での振動周波数の奇数次高調波（オーバトーン）が振動領域１ａでの振動周波数とは異なる領域になる厚みに設定される。

（他の事項）上記実施例では環状肉厚部８を設けて引出電極３（ａｂ）の環状対向部３（ａ1、ｂ1）を形成したが、環状肉厚部８の一部領域で重畳する環状対向部３（ａ1、ｂ1）を設けてもよい。この場合、環状対向部３（ａ1、ｂ1）の対向する部分のみを肉厚部としてもよい。また、環状肉厚部８は振動領域１ａの平坦面とした他主面に突出部を設けて形成したが、凹状とした一主面に突出部を設けてもよく、さらには両主面に突出部を設けて形成してもよい。

また、水晶片１は単板から形成したが、この場合には振動領域１ａの厚みにするエッチング量が多くなる。したがって、水晶片１を二枚として、一枚に振動領域を形成した後、貫通孔を設けたもう一枚を直接接合した貼り合せ型であってもよい（特許文献２参照）。

本発明の一実施例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は断面図、同図（ｃ）は振動領域の一部拡大断面図である。一従来例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は同断面図である。一従来例を説明する表面実装振動子の断面図である。他の従来例を説明する水晶振動子の図で、同図（ａ）は水晶片の平面図、同図（ｂ）は同断面図である。

符号の説明

１水晶片、１ａ振動領域、２励振電極、３ａ、３ｂ引出電極、３ａ1、３b1 対向部、４表面実装容器、５カバー、６実装端子、７導電性接着剤、８肉厚部。

Claims

振動領域としての厚みの小さい中央部及び前記中央部を包囲する厚みの大きい外周部からなる水晶片と、前記振動領域の両主面に対向して設けられた一対の励振電極と、前記一対の励振電極から延出した引出電極とを有する水晶振動子において、前記引出電極は前記励振電極の外周に少なくとも半周以上にわたって接続して両主面間で互いに重畳する対向部を有し、前記対向部となる水晶片の厚みは前記振動領域の厚みより大きい肉厚部としたことを特徴とする水晶振動子。
前記対向部は前記励振電極の全外周に設けた請求項１の水晶振動子。
前記引出電極は前記対向部から広がり領域をもって延出するとともに、前記引出電極の厚みは前記励振電極の厚みより大きい請求項１の水晶振動子。