圧電デバイス
【課題】所望の周波数を維持しつつ低インピーダンス値を実現し、かつ、小型化を図った圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】パッケージ２０と、このパッケージ２０に搭載された二枚の圧電素子３１，３２とを備え、二枚の圧電素子３１，３２は、夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しており、かつ、一方の圧電素子３１の励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の励振電極４４，４５とが電気的に並列接続するようにして、厚み方向に重ねられている。
【解決手段】パッケージ２０と、このパッケージ２０に搭載された二枚の圧電素子３１，３２とを備え、二枚の圧電素子３１，３２は、夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しており、かつ、一方の圧電素子３１の励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の励振電極４４，４５とが電気的に並列接続するようにして、厚み方向に重ねられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス値を低く抑えた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、その回路基板上に様々な圧電デバイスが実装されている。
図５は、従来の圧電デバイス１の概略平面図であり（例えば、特許文献１参照）、圧電振動子を例示している。
【０００３】
具体的には、圧電デバイス１は、パッケージ２内に導電性接着剤６を用いて圧電素子３を接合固定し、パッケージ２を蓋体４で封止するようにしている。
圧電素子３は、矩形状にカットされた所謂ＡＴカット振動片であり、その主面である上下面に励振電極５，５が設けられている。そして、励振電極５，５に駆動電圧を印加して圧電素子３を振動させ、その振動を所定の周波数を有する電気信号に変換して様々な電子機器に利用している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８３８８の公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような圧電デバイス１は、実装される回路基板の仕様上の問題から、低いインピーダンス値を要求されることがある。
しかし、励振電極５，５の面積が一定の場合、周波数が低くなるほどインピーダンス値が高くなる。言い換えれば、インピーダンス値を一定にした場合、周波数が低くなるほど励振電極が大きくなるという関係にある。このため、同じ周波数を実現しつつ、インピーダンス値を低くしようとすると、駆動電圧を印加するための励振電極５，５の面積を大きくとった圧電素子３を形成しなければならない。そうすると、圧電素子３の平面の面積を大きくしなければならず、圧電デバイス１の小型化という要求に反してしまう。
【０００６】
本発明は、低インピーダンス値を実現し、かつ、小型化を図った圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的は、第１の発明によれば、パッケージと、このパッケージに搭載された二枚の圧電素子とを備え、前記二枚の圧電素子は、夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しており、かつ、一方の前記圧電素子の励振電極と他方の前記圧電素子の励振電極とが電気的に並列接続するようにして、厚み方向に重ねられている圧電デバイスにより達成される。
【０００８】
第１の発明の構成によれば、圧電デバイスは二枚の圧電素子を備えており、この二枚の圧電素子は、夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有している。そうすると、夫々の圧電素子は、励振電極を周波数低下のため大きく形成しなくてもよい。このため、所望のインピーダンス値（相対的に低いインピーダンス値）を実現するための圧電素子の外形に比べて、圧電素子の外形を大きく形成しなくてもよい。
そして、この大きく形成することのない圧電素子は、厚み方向に重ねられているため、圧電デバイスは、平面視における全体の外形を小さくすることができる。
さらに、この二枚の圧電素子は、一方の圧電素子の励振電極と他方の圧電素子の励振電極とが電気的に並列接続されている。したがって、一枚毎の圧電素子のインピーダンス値を所望のインピーダンス値より高くした場合であっても、合成したインピーダンス値は低くなって、圧電デバイス全体としては、所望のインピーダンス値を実現することができる。
かくして、本発明によれば、低インピーダンス値を実現し、かつ、小型化を図った圧電デバイスを提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記一方の圧電素子および前記他方の圧電素子は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有していることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、一方の圧電素子および他方の圧電素子は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有しているため、所望のインピーダンス値を実現するための励振電極の大きさに比べて、ともに、半分の面積の励振電極を形成すればよい。このため、この半分の面積の励振電極を有する圧電素子を厚み方向に重ねた場合、平面視において、外形が一致して重なり合うこととなり、平面視における面積を最も小さく形成することができる。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記圧電素子は弾性表面波素子であって、前記一方の圧電素子の励振電極と前記他方の圧電素子の励振電極とが対向していることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電素子は弾性表面波素子であり、主面の片面にＩＤＴ（すだれ状電極）等の励振電極が設けられている。そして、この片面に設けられた一方の圧電素子の励振電極と他方の圧電素子の励振電極とは対向しているため、この励振電極が形成された面は蓋体やパッケージの内底と対向することがなくなる。したがって、例えば、蓋封止の際のスプラッシュにより発生した金属粉や、パッケージから脱落したメッキ等の外的悪影響から励振電極を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイス１０であり、図１はその概略分解斜視図、図２は図１の各部材を組み立ててＡ−Ａ線の位置で切断した場合の概略断面図である。
なお、これらの図の圧電デバイス１０は圧電振動子を例示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、圧電発振器、圧電フィルタ、弾性表面波デバイス、ジャイロセンサ等の名称にかかわらず、全ての圧電素子を利用した圧電デバイスに適用することができる。
【００１２】
圧電デバイス１０は、パッケージ２０と、このパッケージ２０に搭載された圧電素子３０とを有している。
パッケージ２０は、本実施形態の場合、全体的に枡状に形成されている。具体的には、パッケージ２０は、絶縁材料としてセラミックから形成されており、例えば酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板２２，２４を順次積層した後、焼結して形成されている。
【００１３】
第２の基板２４は、その内側に所定の孔を形成して枠状となっており、第１の基板２２に積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ１が形成されるようになっている。
この内部空間Ｓ１が、圧電素子３０を収容するための収容空間であり、圧電素子３０を収容した後、図示しないロウ材により蓋体２６で気密に封止される。
【００１４】
第１の基板２２は、パッケージ２０の底部を形成する底部基板であり、平板状に形成されている。なお、第１の基板２２には、内部空間Ｓ１と外部とを連通する貫通孔（図２の点線で示す部分）を形成し、内部空間Ｓ１の接着剤やロウ材から発生したガス等の気体成分をその貫通孔から排気し、その後、貫通孔をＡｕ−Ｓｎ合金等の金属製封止材で封止するとよい。
【００１５】
この第１の基板２２の内部空間Ｓ１に露出した面（即ち、パッケージ２０の内底）には、長手方向の一方の端部であって幅方向の両端部に、マウント用電極４０，４１が設けられている。マウント用電極４０，４１は、圧電振動片３０をパッケージ２０に電気的機械的に接続するための電極である。
具体的には、マウント用電極４０，４１は、下地としてタングステン（Ｗ）をメタライズし、その上にニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）または金合金をメッキして、圧電素子３０に設けられた互いに異極となる２つの電極端子４６，４７の夫々に対向するように、所定の間隔を隔てて２箇所に形成されている。なお、これら２つのマウント用電極４０，４１は、図示しないビアホール等を利用して、互いに異極となる実装端子４２，４２と電気的に接続されている。そして、マウント用電極４０，４１の夫々は、導電性接着剤や半田バンプ、あるいは金バンプ等の電気的機械的な接続を可能とする接着剤（以下、単に「バンプ」と呼ぶこととする）３５を介して、圧電素子３０と電気的機械的に接続されている。このマウント用電極４０，４１と圧電素子３０の接続構造については、後で詳細に説明する。
【００１６】
なお、パッケージ３０は、上述した形態に限られず、例えば第１の基板２２を基体として、これに圧電振動片３０を接合した後、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としたパッケージ（収容容器）を用いてもよい。
【００１７】
圧電素子３０はパッケージ２０の同じ空間内に二枚あり、この二枚の圧電素子３１，３２は、その主面が互いに略平行となるようにして、厚み方向（圧電デバイスの高さ方向）に重ねられている。本実施形態の場合、二枚の圧電素子３１，３２は同様の構成となっており、以下、一方の圧電素子３１について説明するが、特段の言及がない限り、他方の圧電素子３２の構成も一方の圧電素子３１に共通する。
圧電素子３１は、圧電材料としての水晶をエッチングして形成され、全体が矩形板状にカットされた所謂ＡＴカット振動片とされている。なお、本発明はこれに限られず、逆メサ型・メサ型あるいは音叉型圧電振動片等であってもよく、また、圧電材料も水晶以外のタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等を用いることができる。
【００１８】
このような圧電素子３１は、その表面に互いに異極となる２つの励振電極４４，４５を有している。具体的には、圧電素子３１は、その主面である上面３１ａと下面３１ｂの周縁部を除く広い領域に、圧電材料に駆動電圧を印加する励振電極４４，４５が形成されている。また、圧電素子３１には、上下面の励振電極４４，４５の夫々が周縁部（図の場合、2箇所の角部）まで引き出されるようにして２つの電極端子４６，４７が形成されている。この電極端子４６，４７は、圧電素子３１の側面３１ｃを介して上面３１ａと下面３１ｂの双方にまたがるように設けられている。なお、下側の圧電素子３１の上面３１ａの電極端子４６と上側の圧電素子３２の下面の電極端子４６、下側の圧電素子３１の上面３１ａの電極端子４７と上側の圧電素子３２の下面の電極端子４７とは、それぞれ対向して配置されている。
【００１９】
これら励振電極４４，４５および電極端子４６，４７は、例えば、下地層をクロム（Ｃｒ）とし、その上に、表層部として金（Ａｕ）をスパッタリングするなどして圧電材料上に成膜され、一体に形成されている。
なお、上面の励振電極４４及びこの励振電極４４に導通した電極端子４６と、下面の励振電極４５及びこの励振電極４５に導通した電極端子４７とは、互いに異極となるように接触していない。
【００２０】
ここで、圧電素子３１，３２は、所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有している。所望のインピーダンス値とは、圧電デバイス１０が実装される回路基板において要求されているインピーダンス値であり、この所望のインピーダンス値に対して相対的に高いインピーダンス値を有する圧電素子３１，３２は、所望する周波数を実現できるようになっている。
【００２１】
そうすると、同じ周波数であるならば、インピーダンス値が高いほど励振電極４４，４５の面積は小さくて済むので、所望のインピーダンス値（低いインピーダンス値）を実現しようとした場合の圧電素子の励振電極に比べて、高インピーダンス値である圧電素子３１，３２は、各励振電極４４，４５の面積を小さくすることができる。そして、各励振電極４４，４５は、上述のように、圧電素子３１，３２の主面の周縁部を除く広い領域に設けられた膜であるため、圧電素子３１，３２の主面の面積は、ともに、所望のインピーダンス値（低いインピーダンス値）を実現しようとした場合の圧電素子に比べて小さくなる。
【００２２】
しかも、本実施形態の場合、一方の圧電素子３１および他方の圧電素子３２は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有するように形成されている。このため、圧電素子３１，３２の励振電極４４，４５は、所望の（低い）インピーダンス値を実現するための励振電極の大きさに比べて、ともに半分の面積で形成されることとなる。そして、上述のように、二枚の圧電素子３１，３２は、その主面が互いに略平行となるように厚み方向に重ねられた場合、平面視において、圧電素子３１と圧電素子３２のいずれか一方が、圧電素子３１と圧電素子３２のいずれか他方より突出しないように重ねることができる。したがって、一方の圧電素子３１と他方の圧電素子３２とを重ねた場合、平面視における面積を最も小さく形成することができる。
【００２３】
そして、圧電素子３１，３２は、一方の圧電素子３１の励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の励振電極４４，４５とが電気的に並列接続されている。
具体的には、マウント用電極４０と一方の圧電素子３１の電極端子４６とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。また、一方の圧電素子３１の電極端子４６と、同じ極性となる他方の圧電素子３２の電極端子４６とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。また、マウント用電極４０に対して異極となるマウント用電極４１と、一方の圧電素子３１の電極端子４７とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。また、一方の圧電素子３１の電極端子４７と、同じ極性となる他方の圧電素子３２の電極端子４７とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。そして、上述のように、電極端子４６と励振電極４４、電極端子４７と励振電極４５は、それぞれ一体に形成されて導通しているため、一方の圧電素子３１の２つの励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の２つの励振電極４４，４５とで並列回路を構成することができる。
このため、二枚の圧電素子３１，３２は、それぞれインピーダンス値が高く設定されていても、それらを合成して、圧電デバイス１０全体としては、所望の低いインピーダンス値を実現することができる。
【００２４】
本発明の第１の実施形態は以上のように構成されており、圧電素子３１，３２の夫々は、所望する低いインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しているため、圧電素子３１，３２の主面の外形を、所望のインピーダンス値を実現しようとした場合の圧電素子に比べて小さくすることができる。そして、この小さな外形の圧電素子３１，３２は、その主面が互いに略平行となるように厚み方向に重ねられているため、圧電デバイス１０は、全体として、平面視における面積を小さくすることができる。さらに、二枚の圧電素子３１，３２は、一方の圧電素子３１の励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の励振電極４４，４５とが電気的に並列接続されているため、合成したインピーダンス値は低くなって、圧電デバイス１０全体としては、所望のインピーダンス値を実現することができる。
【００２５】
図３及び図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス１２であって、図３は圧電デバイス１２の概略縦断面図、図４は圧電デバイス１２に用いられる二枚の圧電素子を平面に並べた状態を示した図である。なお、図面が煩雑になるため、図３では後述する反射器を図示していない。
これらの図において、図１及び図２の第１の実施形態で用いた符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図３及び図４の圧電デバイス１２が、上述した第１の実施形態の圧電デバイス１０と主に異なるのは、弾性表面波デバイスとなっている点である（以下、「圧電デバイス」を「弾性表面波デバイス」という）。なお、この第２の実施形態は、弾性表面波共振子、或いは弾性表面波フィルタなどの名称にかかわらず、全ての弾性表面波デバイスに適用される。
【００２６】
すなわち、弾性表面波デバイス１２は、パッケージ２０内に矩形板状の弾性表面波素子となっている圧電素子５２を収容し、パッケージ２０は例えばアース接地してシールド効果を発揮させるため、金属製の蓋体２６を溶接して封止されている。
この際、圧電素子（以下、「弾性表面波素子」という）５２は、第１の実施形態と同様に、同じ空間内に２枚収容されており、それぞれ所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有している。この２枚の弾性表面波素子５４，５６は、後述する入出力端子の構成を除いて、互いに同様の構成となっており、以下、弾性表面波素子５４についてのみ説明するが、特段の言及がない限り、弾性表面波素子５６の構成は弾性表面波素子５４に共通する。
【００２７】
弾性表面波素子５４は、水晶やタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの圧電材料から形成されており、その主面のうち一方の面（即ち片面）であって中央部に、弾性表面波を励起させる励振電極５８が設けられている。この励振電極５８は、本実施形態の場合、２つのＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）６０，６２から構成されている。
【００２８】
２つのＩＤＴ６０，６２は、一対の櫛歯電極となっており、各櫛歯電極は、長手方向に沿って、互いに平行に配置された２本のバスバー６４，６６の各々に、複数の電極指が所定距離を隔てて、すだれ状に配列されており、バスバー６４側の電極指とバスバー６６側の電極指とが互い違いに入り込むように配置されている。これにより、弾性表面波が複数の電極指が並ぶ方向に伝搬されることになる。
なお、本実施形態の場合、ＩＤＴ６０，６２から伝搬してくる弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを内部に閉じこめる機能を有する反射器５９も設けられている。
また、ＩＤＴ６０，６２が形成された面と反対側の面には、バルク波スプリアスの影響を考慮して、電極が設けられることはなく、また粗面とされている。
【００２９】
そして、各バスバー６４，６６は、弾性表面波素子５４の長手方向に沿って、そのまま長手方向の一方の端部まで引き出されており、該長手方向の一方の端部に設けられた入力端子７０及び出力端子７２と、それぞれ電気的に接続される。なお、互いに重ねられた上側の弾性表面波素子５４の入出力端子７０，７２については、弾性表面波素子５４のＩＤＴ６０，６２が設けられている片面のみに配置されているが、下側の弾性表面波素子５６については、側面を介して上面と下面の双方にまたがるように入出力端子７０，７２が設けられている。
【００３０】
なお、入出力端子７０，７２及びＩＤＴ６０，６２は電気的に一体に形成されており、例えば、圧電材料の表面にアルミニウムやチタン等の導体金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に形成した上で、フォトリソグラフィ技術等により形成されている。また、本実施形態の場合、電気的特性の劣化を防止するため、ＩＤＴ６０，６２の形成面を酸化アルミニウム等の保護膜で覆わないようにしている。
【００３１】
このような励振電極５８を有する二枚の弾性表面波素子５４，５６は、パッケージ２０の同じ空間内において、その主面が互いに平行となるように、厚み方向（圧電デバイスの高さ方向）に重ねられてフェイスダウン実装されている。
この際、一方の弾性表面波素子５４のＩＤＴ（即ち励振電極）６０，６２と、他方の弾性表面波素子５６のＩＤＴ（即ち励振電極）６０，６２とを対向させて、入出力端子７０，７０，７２，７２を電気的に並列接続している。具体的には、弾性表面波素子５４，５６の各励振電極５８の形成面同士を向き合わせることで、二枚の弾性表面波素子５４，５６の各入力端子７０，７０同士を対向させ、また、２枚の弾性表面波素子５４，５６の各出力端子７２，７２同士を対向させることができる。そして、入力端子７０，７０同士、及び出力端子７２，７２同士を、それぞれバンプ３５で電気的機械的に接続している。また、弾性表面波素子５４よりも下側の弾性表面波素子５６については、側面を介して上面と下面の双方に、入出力端子７０，７２が配置されているため、この下面側に回り込んだ入出力端子７０，７２とマウント用電極４０，４１（図１参照）とをバンプ３５で電気的機械的に接続している。
【００３２】
本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波デバイス１２は以上のように構成されており、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮する。さらに、弾性表面波デバイス１２は、一方の弾性表面波素子５４のＩＤＴ６０，６２と他方の弾性表面波素子５６のＩＤＴ６０，６２とを対向させてフェイスダウン実装されており、ＩＤＴ６０，６２の形成面は蓋体２６やパッケージ２０の内底と対向することがなくなる。したがって、例えば、蓋封止の際のスプラッシュにより発生した金属粉や、パッケージ２０から脱落したメッキ等の外的悪影響からＩＤＴ６０，６２を保護することができる。
【００３３】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの概略分解斜視図。
【図２】図１の各部材を組み立ててＡ−Ａ線の位置で切断した場合の概略断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの概略縦断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスに用いられる二枚の圧電素子を平面に並べた状態を示した図。
【図５】従来の圧電デバイスの概略平面図。
【符号の説明】
【００３５】
１０，１２・・・圧電デバイス（圧電振動子と弾性表面波デバイス）、２０・・・パッケージ、３０，３１，３２・・・ＡＴカット振動片（圧電素子）、５２，５４，５６・・・弾性表面波素子（圧電素子）、４４，４５・・・励振電極、５８，６０，６２・・・ＩＤＴ（励振電極）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス値を低く抑えた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、その回路基板上に様々な圧電デバイスが実装されている。
図５は、従来の圧電デバイス１の概略平面図であり（例えば、特許文献１参照）、圧電振動子を例示している。
【０００３】
具体的には、圧電デバイス１は、パッケージ２内に導電性接着剤６を用いて圧電素子３を接合固定し、パッケージ２を蓋体４で封止するようにしている。
圧電素子３は、矩形状にカットされた所謂ＡＴカット振動片であり、その主面である上下面に励振電極５，５が設けられている。そして、励振電極５，５に駆動電圧を印加して圧電素子３を振動させ、その振動を所定の周波数を有する電気信号に変換して様々な電子機器に利用している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８３８８の公開特許公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような圧電デバイス１は、実装される回路基板の仕様上の問題から、低いインピーダンス値を要求されることがある。
しかし、励振電極５，５の面積が一定の場合、周波数が低くなるほどインピーダンス値が高くなる。言い換えれば、インピーダンス値を一定にした場合、周波数が低くなるほど励振電極が大きくなるという関係にある。このため、同じ周波数を実現しつつ、インピーダンス値を低くしようとすると、駆動電圧を印加するための励振電極５，５の面積を大きくとった圧電素子３を形成しなければならない。そうすると、圧電素子３の平面の面積を大きくしなければならず、圧電デバイス１の小型化という要求に反してしまう。
【０００６】
本発明は、低インピーダンス値を実現し、かつ、小型化を図った圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的は、第１の発明によれば、パッケージと、このパッケージに搭載された二枚の圧電素子とを備え、前記二枚の圧電素子は、夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しており、かつ、一方の前記圧電素子の励振電極と他方の前記圧電素子の励振電極とが電気的に並列接続するようにして、厚み方向に重ねられている圧電デバイスにより達成される。
【０００８】
第１の発明の構成によれば、圧電デバイスは二枚の圧電素子を備えており、この二枚の圧電素子は、夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有している。そうすると、夫々の圧電素子は、励振電極を周波数低下のため大きく形成しなくてもよい。このため、所望のインピーダンス値（相対的に低いインピーダンス値）を実現するための圧電素子の外形に比べて、圧電素子の外形を大きく形成しなくてもよい。
そして、この大きく形成することのない圧電素子は、厚み方向に重ねられているため、圧電デバイスは、平面視における全体の外形を小さくすることができる。
さらに、この二枚の圧電素子は、一方の圧電素子の励振電極と他方の圧電素子の励振電極とが電気的に並列接続されている。したがって、一枚毎の圧電素子のインピーダンス値を所望のインピーダンス値より高くした場合であっても、合成したインピーダンス値は低くなって、圧電デバイス全体としては、所望のインピーダンス値を実現することができる。
かくして、本発明によれば、低インピーダンス値を実現し、かつ、小型化を図った圧電デバイスを提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記一方の圧電素子および前記他方の圧電素子は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有していることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、一方の圧電素子および他方の圧電素子は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有しているため、所望のインピーダンス値を実現するための励振電極の大きさに比べて、ともに、半分の面積の励振電極を形成すればよい。このため、この半分の面積の励振電極を有する圧電素子を厚み方向に重ねた場合、平面視において、外形が一致して重なり合うこととなり、平面視における面積を最も小さく形成することができる。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記圧電素子は弾性表面波素子であって、前記一方の圧電素子の励振電極と前記他方の圧電素子の励振電極とが対向していることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電素子は弾性表面波素子であり、主面の片面にＩＤＴ（すだれ状電極）等の励振電極が設けられている。そして、この片面に設けられた一方の圧電素子の励振電極と他方の圧電素子の励振電極とは対向しているため、この励振電極が形成された面は蓋体やパッケージの内底と対向することがなくなる。したがって、例えば、蓋封止の際のスプラッシュにより発生した金属粉や、パッケージから脱落したメッキ等の外的悪影響から励振電極を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイス１０であり、図１はその概略分解斜視図、図２は図１の各部材を組み立ててＡ−Ａ線の位置で切断した場合の概略断面図である。
なお、これらの図の圧電デバイス１０は圧電振動子を例示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、圧電発振器、圧電フィルタ、弾性表面波デバイス、ジャイロセンサ等の名称にかかわらず、全ての圧電素子を利用した圧電デバイスに適用することができる。
【００１２】
圧電デバイス１０は、パッケージ２０と、このパッケージ２０に搭載された圧電素子３０とを有している。
パッケージ２０は、本実施形態の場合、全体的に枡状に形成されている。具体的には、パッケージ２０は、絶縁材料としてセラミックから形成されており、例えば酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板２２，２４を順次積層した後、焼結して形成されている。
【００１３】
第２の基板２４は、その内側に所定の孔を形成して枠状となっており、第１の基板２２に積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ１が形成されるようになっている。
この内部空間Ｓ１が、圧電素子３０を収容するための収容空間であり、圧電素子３０を収容した後、図示しないロウ材により蓋体２６で気密に封止される。
【００１４】
第１の基板２２は、パッケージ２０の底部を形成する底部基板であり、平板状に形成されている。なお、第１の基板２２には、内部空間Ｓ１と外部とを連通する貫通孔（図２の点線で示す部分）を形成し、内部空間Ｓ１の接着剤やロウ材から発生したガス等の気体成分をその貫通孔から排気し、その後、貫通孔をＡｕ−Ｓｎ合金等の金属製封止材で封止するとよい。
【００１５】
この第１の基板２２の内部空間Ｓ１に露出した面（即ち、パッケージ２０の内底）には、長手方向の一方の端部であって幅方向の両端部に、マウント用電極４０，４１が設けられている。マウント用電極４０，４１は、圧電振動片３０をパッケージ２０に電気的機械的に接続するための電極である。
具体的には、マウント用電極４０，４１は、下地としてタングステン（Ｗ）をメタライズし、その上にニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）または金合金をメッキして、圧電素子３０に設けられた互いに異極となる２つの電極端子４６，４７の夫々に対向するように、所定の間隔を隔てて２箇所に形成されている。なお、これら２つのマウント用電極４０，４１は、図示しないビアホール等を利用して、互いに異極となる実装端子４２，４２と電気的に接続されている。そして、マウント用電極４０，４１の夫々は、導電性接着剤や半田バンプ、あるいは金バンプ等の電気的機械的な接続を可能とする接着剤（以下、単に「バンプ」と呼ぶこととする）３５を介して、圧電素子３０と電気的機械的に接続されている。このマウント用電極４０，４１と圧電素子３０の接続構造については、後で詳細に説明する。
【００１６】
なお、パッケージ３０は、上述した形態に限られず、例えば第１の基板２２を基体として、これに圧電振動片３０を接合した後、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としたパッケージ（収容容器）を用いてもよい。
【００１７】
圧電素子３０はパッケージ２０の同じ空間内に二枚あり、この二枚の圧電素子３１，３２は、その主面が互いに略平行となるようにして、厚み方向（圧電デバイスの高さ方向）に重ねられている。本実施形態の場合、二枚の圧電素子３１，３２は同様の構成となっており、以下、一方の圧電素子３１について説明するが、特段の言及がない限り、他方の圧電素子３２の構成も一方の圧電素子３１に共通する。
圧電素子３１は、圧電材料としての水晶をエッチングして形成され、全体が矩形板状にカットされた所謂ＡＴカット振動片とされている。なお、本発明はこれに限られず、逆メサ型・メサ型あるいは音叉型圧電振動片等であってもよく、また、圧電材料も水晶以外のタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等を用いることができる。
【００１８】
このような圧電素子３１は、その表面に互いに異極となる２つの励振電極４４，４５を有している。具体的には、圧電素子３１は、その主面である上面３１ａと下面３１ｂの周縁部を除く広い領域に、圧電材料に駆動電圧を印加する励振電極４４，４５が形成されている。また、圧電素子３１には、上下面の励振電極４４，４５の夫々が周縁部（図の場合、2箇所の角部）まで引き出されるようにして２つの電極端子４６，４７が形成されている。この電極端子４６，４７は、圧電素子３１の側面３１ｃを介して上面３１ａと下面３１ｂの双方にまたがるように設けられている。なお、下側の圧電素子３１の上面３１ａの電極端子４６と上側の圧電素子３２の下面の電極端子４６、下側の圧電素子３１の上面３１ａの電極端子４７と上側の圧電素子３２の下面の電極端子４７とは、それぞれ対向して配置されている。
【００１９】
これら励振電極４４，４５および電極端子４６，４７は、例えば、下地層をクロム（Ｃｒ）とし、その上に、表層部として金（Ａｕ）をスパッタリングするなどして圧電材料上に成膜され、一体に形成されている。
なお、上面の励振電極４４及びこの励振電極４４に導通した電極端子４６と、下面の励振電極４５及びこの励振電極４５に導通した電極端子４７とは、互いに異極となるように接触していない。
【００２０】
ここで、圧電素子３１，３２は、所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有している。所望のインピーダンス値とは、圧電デバイス１０が実装される回路基板において要求されているインピーダンス値であり、この所望のインピーダンス値に対して相対的に高いインピーダンス値を有する圧電素子３１，３２は、所望する周波数を実現できるようになっている。
【００２１】
そうすると、同じ周波数であるならば、インピーダンス値が高いほど励振電極４４，４５の面積は小さくて済むので、所望のインピーダンス値（低いインピーダンス値）を実現しようとした場合の圧電素子の励振電極に比べて、高インピーダンス値である圧電素子３１，３２は、各励振電極４４，４５の面積を小さくすることができる。そして、各励振電極４４，４５は、上述のように、圧電素子３１，３２の主面の周縁部を除く広い領域に設けられた膜であるため、圧電素子３１，３２の主面の面積は、ともに、所望のインピーダンス値（低いインピーダンス値）を実現しようとした場合の圧電素子に比べて小さくなる。
【００２２】
しかも、本実施形態の場合、一方の圧電素子３１および他方の圧電素子３２は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有するように形成されている。このため、圧電素子３１，３２の励振電極４４，４５は、所望の（低い）インピーダンス値を実現するための励振電極の大きさに比べて、ともに半分の面積で形成されることとなる。そして、上述のように、二枚の圧電素子３１，３２は、その主面が互いに略平行となるように厚み方向に重ねられた場合、平面視において、圧電素子３１と圧電素子３２のいずれか一方が、圧電素子３１と圧電素子３２のいずれか他方より突出しないように重ねることができる。したがって、一方の圧電素子３１と他方の圧電素子３２とを重ねた場合、平面視における面積を最も小さく形成することができる。
【００２３】
そして、圧電素子３１，３２は、一方の圧電素子３１の励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の励振電極４４，４５とが電気的に並列接続されている。
具体的には、マウント用電極４０と一方の圧電素子３１の電極端子４６とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。また、一方の圧電素子３１の電極端子４６と、同じ極性となる他方の圧電素子３２の電極端子４６とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。また、マウント用電極４０に対して異極となるマウント用電極４１と、一方の圧電素子３１の電極端子４７とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。また、一方の圧電素子３１の電極端子４７と、同じ極性となる他方の圧電素子３２の電極端子４７とがバンプ３５で電気的機械的に接続されている。そして、上述のように、電極端子４６と励振電極４４、電極端子４７と励振電極４５は、それぞれ一体に形成されて導通しているため、一方の圧電素子３１の２つの励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の２つの励振電極４４，４５とで並列回路を構成することができる。
このため、二枚の圧電素子３１，３２は、それぞれインピーダンス値が高く設定されていても、それらを合成して、圧電デバイス１０全体としては、所望の低いインピーダンス値を実現することができる。
【００２４】
本発明の第１の実施形態は以上のように構成されており、圧電素子３１，３２の夫々は、所望する低いインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しているため、圧電素子３１，３２の主面の外形を、所望のインピーダンス値を実現しようとした場合の圧電素子に比べて小さくすることができる。そして、この小さな外形の圧電素子３１，３２は、その主面が互いに略平行となるように厚み方向に重ねられているため、圧電デバイス１０は、全体として、平面視における面積を小さくすることができる。さらに、二枚の圧電素子３１，３２は、一方の圧電素子３１の励振電極４４，４５と他方の圧電素子３２の励振電極４４，４５とが電気的に並列接続されているため、合成したインピーダンス値は低くなって、圧電デバイス１０全体としては、所望のインピーダンス値を実現することができる。
【００２５】
図３及び図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス１２であって、図３は圧電デバイス１２の概略縦断面図、図４は圧電デバイス１２に用いられる二枚の圧電素子を平面に並べた状態を示した図である。なお、図面が煩雑になるため、図３では後述する反射器を図示していない。
これらの図において、図１及び図２の第１の実施形態で用いた符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図３及び図４の圧電デバイス１２が、上述した第１の実施形態の圧電デバイス１０と主に異なるのは、弾性表面波デバイスとなっている点である（以下、「圧電デバイス」を「弾性表面波デバイス」という）。なお、この第２の実施形態は、弾性表面波共振子、或いは弾性表面波フィルタなどの名称にかかわらず、全ての弾性表面波デバイスに適用される。
【００２６】
すなわち、弾性表面波デバイス１２は、パッケージ２０内に矩形板状の弾性表面波素子となっている圧電素子５２を収容し、パッケージ２０は例えばアース接地してシールド効果を発揮させるため、金属製の蓋体２６を溶接して封止されている。
この際、圧電素子（以下、「弾性表面波素子」という）５２は、第１の実施形態と同様に、同じ空間内に２枚収容されており、それぞれ所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有している。この２枚の弾性表面波素子５４，５６は、後述する入出力端子の構成を除いて、互いに同様の構成となっており、以下、弾性表面波素子５４についてのみ説明するが、特段の言及がない限り、弾性表面波素子５６の構成は弾性表面波素子５４に共通する。
【００２７】
弾性表面波素子５４は、水晶やタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなどの圧電材料から形成されており、その主面のうち一方の面（即ち片面）であって中央部に、弾性表面波を励起させる励振電極５８が設けられている。この励振電極５８は、本実施形態の場合、２つのＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）６０，６２から構成されている。
【００２８】
２つのＩＤＴ６０，６２は、一対の櫛歯電極となっており、各櫛歯電極は、長手方向に沿って、互いに平行に配置された２本のバスバー６４，６６の各々に、複数の電極指が所定距離を隔てて、すだれ状に配列されており、バスバー６４側の電極指とバスバー６６側の電極指とが互い違いに入り込むように配置されている。これにより、弾性表面波が複数の電極指が並ぶ方向に伝搬されることになる。
なお、本実施形態の場合、ＩＤＴ６０，６２から伝搬してくる弾性表面波を反射して、弾性表面波のエネルギーを内部に閉じこめる機能を有する反射器５９も設けられている。
また、ＩＤＴ６０，６２が形成された面と反対側の面には、バルク波スプリアスの影響を考慮して、電極が設けられることはなく、また粗面とされている。
【００２９】
そして、各バスバー６４，６６は、弾性表面波素子５４の長手方向に沿って、そのまま長手方向の一方の端部まで引き出されており、該長手方向の一方の端部に設けられた入力端子７０及び出力端子７２と、それぞれ電気的に接続される。なお、互いに重ねられた上側の弾性表面波素子５４の入出力端子７０，７２については、弾性表面波素子５４のＩＤＴ６０，６２が設けられている片面のみに配置されているが、下側の弾性表面波素子５６については、側面を介して上面と下面の双方にまたがるように入出力端子７０，７２が設けられている。
【００３０】
なお、入出力端子７０，７２及びＩＤＴ６０，６２は電気的に一体に形成されており、例えば、圧電材料の表面にアルミニウムやチタン等の導体金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に形成した上で、フォトリソグラフィ技術等により形成されている。また、本実施形態の場合、電気的特性の劣化を防止するため、ＩＤＴ６０，６２の形成面を酸化アルミニウム等の保護膜で覆わないようにしている。
【００３１】
このような励振電極５８を有する二枚の弾性表面波素子５４，５６は、パッケージ２０の同じ空間内において、その主面が互いに平行となるように、厚み方向（圧電デバイスの高さ方向）に重ねられてフェイスダウン実装されている。
この際、一方の弾性表面波素子５４のＩＤＴ（即ち励振電極）６０，６２と、他方の弾性表面波素子５６のＩＤＴ（即ち励振電極）６０，６２とを対向させて、入出力端子７０，７０，７２，７２を電気的に並列接続している。具体的には、弾性表面波素子５４，５６の各励振電極５８の形成面同士を向き合わせることで、二枚の弾性表面波素子５４，５６の各入力端子７０，７０同士を対向させ、また、２枚の弾性表面波素子５４，５６の各出力端子７２，７２同士を対向させることができる。そして、入力端子７０，７０同士、及び出力端子７２，７２同士を、それぞれバンプ３５で電気的機械的に接続している。また、弾性表面波素子５４よりも下側の弾性表面波素子５６については、側面を介して上面と下面の双方に、入出力端子７０，７２が配置されているため、この下面側に回り込んだ入出力端子７０，７２とマウント用電極４０，４１（図１参照）とをバンプ３５で電気的機械的に接続している。
【００３２】
本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波デバイス１２は以上のように構成されており、第１の実施形態と同様の作用効果を発揮する。さらに、弾性表面波デバイス１２は、一方の弾性表面波素子５４のＩＤＴ６０，６２と他方の弾性表面波素子５６のＩＤＴ６０，６２とを対向させてフェイスダウン実装されており、ＩＤＴ６０，６２の形成面は蓋体２６やパッケージ２０の内底と対向することがなくなる。したがって、例えば、蓋封止の際のスプラッシュにより発生した金属粉や、パッケージ２０から脱落したメッキ等の外的悪影響からＩＤＴ６０，６２を保護することができる。
【００３３】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの概略分解斜視図。
【図２】図１の各部材を組み立ててＡ−Ａ線の位置で切断した場合の概略断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの概略縦断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスに用いられる二枚の圧電素子を平面に並べた状態を示した図。
【図５】従来の圧電デバイスの概略平面図。
【符号の説明】
【００３５】
１０，１２・・・圧電デバイス（圧電振動子と弾性表面波デバイス）、２０・・・パッケージ、３０，３１，３２・・・ＡＴカット振動片（圧電素子）、５２，５４，５６・・・弾性表面波素子（圧電素子）、４４，４５・・・励振電極、５８，６０，６２・・・ＩＤＴ（励振電極）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、
このパッケージに搭載された二枚の圧電素子と
を備え、
前記二枚の圧電素子は、
夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しており、
かつ、一方の前記圧電素子の励振電極と他方の前記圧電素子の励振電極とが電気的に並 列接続するようにして、厚み方向に重ねられている
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記一方の圧電素子および前記他方の圧電素子は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電素子は弾性表面波素子であって、前記一方の圧電素子の励振電極と前記他方の圧電素子の励振電極とが対向していることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【請求項１】
パッケージと、
このパッケージに搭載された二枚の圧電素子と
を備え、
前記二枚の圧電素子は、
夫々が所望のインピーダンス値に比べて高いインピーダンス値を有しており、
かつ、一方の前記圧電素子の励振電極と他方の前記圧電素子の励振電極とが電気的に並 列接続するようにして、厚み方向に重ねられている
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記一方の圧電素子および前記他方の圧電素子は、ともに所望のインピーダンス値の２倍のインピーダンス値を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電素子は弾性表面波素子であって、前記一方の圧電素子の励振電極と前記他方の圧電素子の励振電極とが対向していることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２１１２８３（Ｐ２００８−２１１２８３Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４３３７５（Ｐ２００７−４３３７５）
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２３日（２００７．２．２３）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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