JP2011061418A - 水晶振動片及び水晶振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性接着剤が励振電極に流れ込むことが防止できる水晶振動片を提供する。
【解決手段】水晶振動片（１０Ａ）は、厚みすべり振動する水晶振動片と、水晶振動片の両面に形成される一対の励振電極（１２ａ、１２ｂ）と、励振電極からそれぞれ引き出された一対の引出電極（１３ａ、１３ｂ）と、引出電極と接続し導電性接着剤と接着する接続電極（１４ａ、１４ｂ）とを備える。そして、接続電極側の励振電極の隅部（Ａ３またはＢ４）は凸型に丸く形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、特に表面実装型の水晶振動デバイス、それに使われる水晶振動片に関する。

水晶振動片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。これらの各種電子機器の小型化に対応して水晶振動デバイスに対しても小型化が求められている。また、表面実装用の振動子としての水晶振動デバイスは、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へこみ部内に、水晶振動片と、発振回路を構成する回路部品を収納した状態でへこみ部の開口を金属蓋により封止した構成を備えている。

特許文献１に開示された水晶振動片は、ＡＴカットをした矩形状の水晶振動片である。また、水晶振動片の中央には両面間が対向した一対の励振電極が形成されている。そしてこの一対の励振電極から互いに水晶振動片の端部まで引出電極が形成されている。

特開２００８−１０９５３８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された水晶振動片において、励振電極と引出電極との距離が短くて引出電極を導電性接着剤により容器本体に固定するとき、励振電極が導電性接着剤に接着され、又は導電性接着剤が励振電極に流れ込むおそれがある。このため、水晶振動子の振動特性に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、引出電極の隅を面取りすることで、導電性接着剤が励振電極に付着することを防止でき、又は導電性接着剤が励振電極に流れ込むことが防止できる水晶振動片を提供することを目的とする。

第１観点の水晶振動片は、厚みすべり振動する水晶振動片と、水晶振動片の両面に形成される一対の励振電極と、励振電極からそれぞれ引き出された一対の引出電極と、引出電極と接続し導電性接着剤と接着する接続電極とを備える。そして、接続電極側の励振電極の隅部は凸型に丸く形成されている。

さらに、水晶振動片は接続電極側の励振電極の隅部に対向する接続電極は、凹型に丸く形成されている。
また、凸型に丸く形成された励振電極の隅部の半径と凹型に丸く形成されている接続電極の半径とが同じである。

また、接続電極側の励振電極の隅部に対向する接続電極は、Ｌ型に形成されている。
さらに、励振電極の丸く形成された隅部と接続電極との距離は、引出電極の長さと同等以上である。

第２観点の水晶振動デバイスは、上記水晶振動片と、水晶振動片を固定するパッケージと、を備えている。

本発明は、励振電極に導電性接着剤が付着しなくなり、又は励振電極の面積を大きくすることができる水晶振動片が得られる。

第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａを収容した水晶振動子１００の断面図である。 （ａ）は、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの＋Ｙ’側の平面図である。 （ｂ）は、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの−Ｙ’側の平面図である。 （ａ）は、第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂの＋Ｙ’側の平面図である。 （ｂ）は、第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂの−Ｙ’側の平面図である。 （ａ）は、第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃの＋Ｙ’側の平面図である。 （ｂ）は、第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃの−Ｙ’側の平面図である。 （ａ）は、第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄの＋Ｙ’側の平面図である。 （ｂ）は、第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄの−Ｙ’側の平面図である。

（第１実施形態）
＜水晶振動子１００の全体構成＞
第１実施形態において、水晶振動片の一例として表面実装（ＳＭＤ）型のＡＴカットの水晶振動片について説明する。
ＡＴカットの水晶振動片について説明する前に、そのＡＴカットの水晶振動片が収容される水晶振動子１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａを収容した水晶振動子１００の断面図である。

第１ＡＴカットの水晶振動片１０ＡはＡＴカットされた水晶振動片１１である。ＡＴカットは結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、主面（ＹＺ面）がＸ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜した切断角度である。以降、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの軸方向を表す際には、傾斜した新たな軸をＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸とし、これらを用いる。

図１に示されたように、水晶振動子１００はベース１８と、壁１９と、蓋体２０とにより構成されたパッケージを有している。パッケージは第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの収納し密閉する。ベース１８及び壁１９は、例えば圧電体、セラミック又はガラスなどで形成されている。また、蓋体２０は実質的に平板状の金属、例えばＦｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などにより構成される。その蓋体２０は、ＡｕＳｉ、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ等の接合材により壁１９に接合され、パッケージ内を窒素ガスや真空などでシーム溶接などの手法により気密的に封止する。これは、パッケージ内に収納された励振電極が経時変化し難いようにするためである。

また、ベース１８の−Ｚ’側にはベース１８及び壁１９ｂに接触するように台座１５が設けられている。台座１５もベース１８及び壁１９と同じに圧電体、セラミック又はガラスなどで形成される。また、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａは導電性接着剤１６を介して台座１５に固定される。

第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａは水晶振動片１１により構成され、その水晶振動片１１の中央付近の両主面（表裏面）に一対の励振電極１２ａ、１２ｂが対向して配置されている。一対の励振電極１２ａ、１２ｂの−Ｚ’軸方向には、一対の引出電極１３ａ、１３ｂ（図２で説明）がそれぞれ接続されている。また、一対の引出電極１３ａ、１３ｂ（図２で説明）には、水晶振動片１１の−Ｚ’側の端部を挟むように一対の接続電極１４ａ、１４ｂ（図２で説明）が形成されている。ここで、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの主面（表面）と主面（裏面）とが逆方向に動く「厚みすべり」により数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの振動を発生させる。このため、水晶振動片１１及び励振電極１２ａ、１２ｂの厚みは重要である。ここで、水晶振動片１１の厚みは２μｍ〜２００μｍ程度であり、励振電極、引出電極、接続電極の厚みは０．１μｍ〜１．０μｍである。

接続電極１４ａ（図２で説明）は導電性接着剤１６及び連結部２１ａを介して外部電極１７ａに接続されている。ここで、連結部２１ａはベース１８と壁１９ａとの間を通過してベース１８の底面に設けられた外部電極１７ａに接続される。同様に、接続電極１４ｂは導電性接着剤１６及び連結部２１ｂを介して外部電極１７ｂと接続されている。ここで、連結部２１ｂはベース１８と壁１９ｂとの間を通過してベース１８の底面に設けられた外部電極１７ｂに接続される。

なお、図１ではパッケージ内部に発振回路を構成する電子部品が配置されていない。しかし、水晶発振器として発振回路の電子部品が設けられていてもよい。

＜第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの構成＞
以下、第１実施形態の第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａについて、図２を参照しながら説明する。
図２は、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの平面図である。図２（ａ）は、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの＋Ｙ’側（表面）の平面図である。図２（ｂ）は、第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａの−Ｙ’側（裏面）の平面図である。

図２（ａ）に示されたように水晶振動片１１は矩形の形状である。図１で示されたパッケージ内部も矩形形状であるため、略同じ形状で形成されている、水晶振動片１１のＸ’軸方向の幅Ｗ１は０．３０ｍｍから０．５０ｍｍ程度で、Ｚ’軸方向の長さＨ１は０．４０ｍｍから０．６５ｍｍ程度である。

第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａは、水晶振動片１１の大きさに合わせたほぼ矩形形状の励振電極１２ａ、１２ｂを水晶振動片１１の両主面（表裏面）に有する。
図２（ａ）に示されたように、水晶振動片１１の＋Ｙ’側の主面に設けられた励振電極１２ａには、その−Ｘ’側に引き出された引出電極１３ａが形成される。引出電極１３ａは接続電極１４ａに接続されている。接続電極１４ａは水晶振動片１１の−Ｚ’側の端部を表裏で挟むように形成されている。さらに、−Ｙ’側の主面に設けられた接続電極１４ａは、導電性接着剤１６（図２（ｂ）を参照）により連結部２１ａ（図１を参照）に接合されている。

励振電極１２ａは、破線Ａ１、破線Ａ２及び破線Ａ３で囲まれた隅部が直角ではなく、半径Ｒの面取りされた形状、つまり丸くなった形状である。ここで、励振電極１２ａのＸ’軸方向の幅Ｗ２は０．２８ｍｍから０．４５ｍｍ程度で、Ｚ’軸方向の長さＨ２は０．３０ｍｍから０．４５ｍｍ程度であり、面取りの半径Ｒは０．０７ｍｍから０．１０ｍｍ程度である。

ここで、理解をしやすくするために励振領域ＬＡ１は励振電極１２ａより小さく描かれているが、励振領域ＬＡ１と励振電極１２ａとの外周とほぼ一致する。破線Ａ４で囲まれた部分に対応する−Ｙ’側の主面に設けられた励振電極１２ｂ（図２（ｂ）の破線Ｂ４を参照）も凸型の半径Ｒの面取りしている。このため、励振電極１２ａの励振領域ＬＡ１が一点鎖線で示された角丸長方形となる。

また、引出電極１３ａのＸ’軸方向の幅Ｗ３は０．０７ｍｍから０．１０ｍｍ程度で、Ｚ’軸方向の長さＤは０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。その引出電極１３ａは接続電極１４ａに接続している。＋Ｙ’側の主面に設けられた接続電極１４ａは、破線Ａ５で囲まれた部分とそのＸ’側の長方形の部分とにより構成され。全体的な形状はほぼ「Ｌ」字型になっている。ここで、破線Ａ５で囲まれた接続電極１４ａは励振電極１２ａに向かう辺が凹型の半径Ｒの面取りされた、つまり凹型に丸くなった形状である。破線Ｂ５で囲まれた接続電極１４ａは導電性接着剤１６との接着面積を増やすために形成されている。同様にＢ６で囲まれた接続電極１４ｂも導電性接着剤１６との接着面積を増やすために形成されている。

接続電極１４ａのＸ’軸方向の幅Ｗ４は０．１４ｍｍから０．２０ｍｍ程度で、Ｚ’軸方向の長さＨ３は０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。また、−Ｙ’側の主面に設けられた接続電極１４ａ（図２（ｂ）を参照）の形状は＋Ｙ’側の主面に設けられた接続電極１４ａと同じである。同様に＋Ｙ’側の主面に設けられた接続電極１４ｂも同じであり、破線Ａ６で囲まれた部分は励振電極１２ａに向かう辺が凹型の半径Ｒの面取りされた形状である。

図２（ｂ）に示される励振電極１２ｂなどは、図２（ａ）で説明された寸法及び形状と同じであり、鏡対称になっている。励振電極１２ｂは、破線Ｂ１、破線Ｂ２及び破線Ｂ３で囲まれた隅部が直角ではなく、半径Ｒの面取りされた形状である。−Ｙ’側の主面に設けられた接続電極１４ｂは、導電性接着剤１６により連結部２１ｂ（図１を参照）に接合されている。

励振電極１２ｂの破線Ｂ４で囲まれた隅部のエッジから接続電極１４ａの面取りされた辺までの距離Ｄは、約９０度にわたって一定の距離である。この励振電極１２ｂのエッジから接続電極１４ａの面取りされた辺までの距離Ｄは、引出電極１３ｂのＺ’軸方向の長さＤと同じであり、０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。励振電極１２ｂのエッジから接続電極１４ａの面取りされた辺までの距離Ｄが、引出電極１３ｂのＺ’軸方向の長さＤより長くてもよい。このため、図２（ｂ）に示されように、接続電極１４ａおよび接続電極１４ｂに導電性接着剤１６が多めに塗布された場合でも、導電性接着剤１６が励振電極１２ｂに接触しない。つまり、接続電極１４ａと励振電極１２ｂとがショート（短絡）しない。

このように励振電極１２ｂのエッジから接続電極１４ａの面取りされた辺までの距離Ｄが大きくなったが、距離Ｄを大きくする代わりに、励振電極１２ｂの面積を一回り大きくしてもよい。励振電極１２（１２ａ，１２ｂ）の面積が大きくなると、温度特性の条件出しなどの際に周波数の特性を調整し易い。

また、各電極は導電性に優れる金（Ａｕ）から構成されることが好ましい。周波数をより安定にするためには水晶デバイスの製造工程で第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａに熱処理を行う必要がある。金（Ａｕ）は高い抗酸化性及び耐腐蝕性、低い化学反応性を備えるため、水晶振動子１００を製造する際に高い電気特性を保つことができる。

（第２実施形態）
＜第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂの構成＞
第２実施形態において、水晶振動片が収容される水晶振動子１００の構成は第１実施形態と同じであるため、水晶振動片の一例として表面実装（ＳＭＤ）型の第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂについて、図３を参照しながら説明する。

図３は第２実施形態の第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂの平面図である。図３（ａ）は、第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂの＋Ｙ’側
（表面）の平面図である。図３（ｂ）は、第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂの−Ｙ’側 （裏面）の平面図である。第２実施形態においてもＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸を用いる。

図３に示されたように、第２実施形態の第２ＡＴカットの水晶振動片１０Ｂは第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａと比べると、接続電極２４ａ、２４ｂの構成のみが異なっている。このため、以下第２実施形態の接続電極２４ａ、２４ｂについて説明する。

図３（ａ）に示されるように、水晶振動片１１の＋Ｙ’側の主面に設けられた接続電極２４ａ、２４ｂの破線Ａ５及び破線Ａ６で囲まれた部分の形状が矩形である。また図３（ｂ）に示されるように、水晶振動片１１の−Ｙ’側の主面に設けられた接続電極２４ａ、２４ｂの破線Ｂ５及び破線Ｂ６で囲まれた部分の形状も矩形である。したがって、接続電極２４ａ、２４ｂの全体的な形状は「Ｌ」字型となる。ここで、破線Ａ５、破線Ａ６、破線Ｂ５及び破線Ｂ６で囲まれた接続電極２４のＸ’軸方向の幅Ｗ５は、０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。破線Ｂ５で囲まれた接続電極２４ａは導電性接着剤１６との接着面積を増やすために形成されている。同様にＢ６で囲まれた接続電極２４ｂも導電性接着剤１６との接着面積を増やすために形成されている。

図３（ｂ）に示された接続電極２４ａの破線Ｂ５で囲まれた部分の端点Ｋから励振電極１２ｂまでの最小距離Ｄは引出電極１３ｂのＺ’軸方向の長さＤと同じであり、０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。このため、図３（ｂ）に示されように、接続電極２４ａおよび接続電極２４ｂに導電性接着剤１６が多めに塗布された場合でも、導電性接着剤１６が励振電極１２ｂに接触しない。つまり、接続電極２４ａと励振電極１２ｂとがショートしない。

（第３実施形態）
＜第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃの構成＞
第３実施形態において、水晶振動片が収容される水晶振動子１００の構成は第１実施形態と同じであるため、水晶振動片の一例として表面実装（ＳＭＤ）型の第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃについて、図４を参照しながら説明する。

図４は第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃの平面図である。図４（ａ）は、第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃの＋Ｙ’側の平面図である。図４（ｂ）は、第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃの−Ｙ’側の平面図である。第３実施形態においてもＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸を用いる。

図４に示されたように、第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃは第１ＡＴカットの水晶振動片１０Ａと比べると、励振電極３２ａ、３２ｂの構成のみが異なっている。このため、以下第３実施形態の励振電極３２ａ、３２ｂについて説明し、その他の構成に対して説明を省略する。

励振電極３２ａ、３２ｂにおいて、水晶振動片１１の＋Ｙ’側の主面に設けられた破線Ａ１及び破線Ａ２で囲まれた隅部、又は水晶振動片１１の−Ｙ’側の主面に設けられた破線Ｂ１及び破線Ｂ２で囲まれた隅部が面取りしておらず直角である。＋Ｙ’側の破線Ａ３で囲まれた隅部は面取りされており、−Ｙ’側の破線Ｂ４で囲まれた隅部が面取りされている。

このため、励振領域ＬＡ２の形状も励振電極３２ａ、３２ｂの拡張に伴って拡大する。励振電極３２（３２ａ、３２ｂ）の面積が大きくなると、温度特性の条件出しなどの際に周波数の特性を調整し易い。

図４（ｂ）に示されたように、励振電極３２ｂの破線Ｂ４で囲まれた隅部のエッジから接続電極１４ａの面取りされた辺までの距離Ｄは、約９０度にわたって一定の距離である。隅部のエッジから接続電極１４ａの面取りされた辺までの距離Ｄは、引出電極１３ｂのＺ’軸方向の長さＤと同じであり、０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。このため、接続電極１４ａおよび接続電極１４ｂに導電性接着剤１６が多めに塗布された場合でも、導電性接着剤１６が励振電極３２ｂに接触しない。つまり、接続電極１４ａと励振電極３２ｂとがショートしない。

（第４実施形態）
＜第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄの構成＞
第４実施形態において、水晶振動片が収容される水晶振動子１００の構成は第１実施形態と同じであるため、水晶振動片の一例として表面実装（ＳＭＤ）型の第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄについて、図５を参照しながら説明する。

図５は第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄの平面図である。図５（ａ）は、第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄの＋Ｙ’側の平面図である。図５（ｂ）は、第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄの−Ｙ’側の平面図である。第４実施形態においてもＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸を用いる。

図５に示されたように、第４ＡＴカットの水晶振動片１０Ｄは第３ＡＴカットの水晶振動片１０Ｃと比べると、接続電極２４ａ、２４ｂの構成のみが異なっている。但し、接続電極２４ａ、２４ｂの構成は第２実施形態と同じである。
第４実施形態においても、接続電極２４ａ、２４ｂの形状を「Ｌ」字型にすれば、接続電極２４ａ、２４ｂと導電性接着剤１６との接触面積が多くなる。

また、図５（ｂ）に示された接続電極２４ａの破線Ｂ５で囲まれた部分の端点Ｋから励振電極３２ｂまでの最小距離Ｄは引出電極１３ｂのＺ’軸方向の長さＤと同じであり、０．０５ｍｍから０．０８ｍｍ程度である。このため、図５（ｂ）に示されように、接続電極２４ａおよび接続電極２４ｂに導電性接着剤１６が多めに塗布された場合でも、導電性接着剤１６が励振電極３２ｂに接触しない。つまり、接続電極２４ａと励振電極３２ｂとがショート（短絡）しない。

このように励振電極３２ｂのエッジから接続電極２４ａの面取りされた辺までの距離Ｄが大きくなったが、距離Ｄを大きくする代わりに、励振電極３２ｂの面積を一回り大きくしてもよい。

以上、本発明の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、本発明ではＡＴカットの水晶振動片を一例として説明したが、これに限らずＢＴカットの水晶振動片、ＳＣカットの水晶振動片などでも本発明と同じ効果が得られる。また、励振電極の形状は本発明の実施例に示された角丸長方形に限らず、様々に変形することができて六角形などの多角形で隅部を丸くした矩形でもよい。また、励振電極及び引出電極を構成する材料も本発明の実施形態に示された金属に限らず、アルミニウム（Ａｌ）などの金属でもよいし、金（Ａｕ）の含量が１〜４０ｗｔ．％の金（Ａｕ）銀（Ａｇ）合金でもよい。さらに、水晶振動片は、外側部が厚く内側の励振領域が薄い逆メサ型と呼ばれる水晶振動片にも適用できる。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ … ＡＴカットの水晶振動片
１１ … 水晶振動片
１２（１２ａ、１２ｂ） ３２（３２ａ、３２ｂ） … 励振電極
１３（１３ａ、１３ｂ） … 引出電極
１４（１４ａ、１４ｂ）、２４（２４ａ、２４ｂ） … 接続電極
１５ … 台座
１６ … 導電性接着剤
１７ａ、１７ｂ … 外部電極
１８ … ベース
１９ａ、１９ｂ … 壁
２０ …蓋体
２１ … 連結部
ＬＡ１、ＬＡ２ … 励振領域
１００ … 水晶振動子
Ｄ … 引出電極のＺ’方向の長さ
Ｗ１ … 水晶振動片のＸ’方向の幅
Ｗ２ … 励振電極のＸ’方向の幅
Ｗ３ … 引出電極のＸ’方向の幅
Ｗ４ … 接続電極のＸ’方向の幅
Ｗ５ … 第２及び第４実施形態の接続電極のＸ’方向の最小幅
Ｈ１ … 水晶振動片のＺ’方向の長さ
Ｈ２ … 励振電極のＺ’方向の長さ
Ｈ３ … 接続電極のＺ’方向の最小長さ

Claims (6)

1. 厚みすべり振動する水晶振動片と、前記水晶振動片の両面に形成される一対の励振電極と、前記励振電極からそれぞれ引き出された一対の引出電極と、前記引出電極と接続し導電性接着剤と接着する接続電極とを備えた水晶振動片であって、
   前記接続電極側の前記励振電極の隅部は凸型に丸く形成されている水晶振動片。
2. 前記接続電極側の前記励振電極の隅部に対向する前記接続電極は、凹型に丸く形成されている請求項１に記載の水晶振動片。
3. 前記凸型に丸く形成された前記励振電極の隅部の半径と前記凹型に丸く形成されている前記接続電極の半径とが同じである請求項２に記載の水晶振動片。
4. 前記接続電極側の前記励振電極の隅部に対向する前記接続電極は、Ｌ型に形成されている請求項１に記載の水晶振動片。
5. 前記励振電極の丸く形成された隅部と前記接続電極との距離は、前記引出電極の長さと同等以上である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動片。
6. 請求項１から請求項７に記載の水晶振動片と、
   前記水晶振動片を固定するパッケージと、
   を備えた水晶振動デバイス。