圧電デバイス
【課題】応力フリータイプの逆メサ型圧電振動素子を基板上に片持ち支持する場合に、振動基板から十分に離間した両梁部の適所を固定することによって固定部と振動基板との間に梁部を介在させて、固定部で発生する支持応力が振動基板に影響を与えないようにした。
【解決手段】圧電基板が、逆メサ型の振動基板１１と、振動基板の一方の端部寄り位置に固定されて該振動基板を片持ち梁状に支持する支持部２０と、支持部を基板に固定するための固定部３０と、を有し、固定部は、第２の連結部２２に設けられ、且つ基板４に対して固定部材により１点支持により固定され、固定部よりも振動基板の基端部寄りの梁部の特定部位と対向する前記基板の一主面に第１の凸部５０を設けた。
【解決手段】圧電基板が、逆メサ型の振動基板１１と、振動基板の一方の端部寄り位置に固定されて該振動基板を片持ち梁状に支持する支持部２０と、支持部を基板に固定するための固定部３０と、を有し、固定部は、第２の連結部２２に設けられ、且つ基板４に対して固定部材により１点支持により固定され、固定部よりも振動基板の基端部寄りの梁部の特定部位と対向する前記基板の一主面に第１の凸部５０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動基板の一端縁寄りの部位から二本のアーム状の梁部を対称に突出させた圧電基板を備えた圧電振動素子を基板上に片持ち支持した構造の圧電デバイスの改良に関し、例えば表面実装用基板上に圧電振動素子を接着固定した場合に衝撃等によって発生し易い梁部の折損を解決することができる圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動素子等の圧電振動素子は、水晶振動子（圧電振動子）、水晶発振器（圧電発振器）等の圧電デバイスに組み込まれて使用される。圧電振動素子は、目標とする共振周波数を得る為に好適な厚肉の振動部を有した圧電基板に励振電極やリード電極等を構成する金属膜を蒸着等によって形成した構成を備えている。
表面実装型の圧電振動子は、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージの凹所内に素子搭載パッドを設け、この素子搭載パッド上に塗布した導電性接着剤により圧電振動素子の一端部を接着して片持ち梁状態で支持してから、パッケージ凹所を金属蓋等のリッドにより気密封止した構成を有している。
【０００３】
ところで、表面実装型圧電振動子の小型化、低背化が進むに連れてパッケージ凹所内における圧電振動素子の収納スペースが減少し、素子搭載パッド上に接続固定された圧電振動素子の一端部とは反対側の自由端部と凹所内底面との間のギャップ、或いは圧電振動素子の自由端部とリッドとの間のギャップが狭小化し易くなっている。
このようにパッケージの小容積化が進む中で、従来のように圧電振動素子面が凹所内底面と平行な水平姿勢となるように、或いは自由端部がリッド側に上向き傾斜するように搭載しようとすると、搭載時の搭載角度の僅かな上下方向への傾斜、導電性接着剤の硬化時の応力による影響等によって圧電振動素子の自由端部が凹所内底面、或いはリッド下面に接触し、圧電振動素子の共振周波数が変動するという不具合があった。また、完成品としての圧電デバイスに落下衝撃が加わった時にも圧電振動素子は振動して面方向へ撓みを起こすが、このとき圧電振動素子の自由端部がパッケージ本体内底面、或いはリッドに衝突すると、その瞬間に振動数が変化してずれを起こしたり、破損する虞がある。
【０００４】
特許文献１には、短冊状の圧電基板の中央部に設けた励振電極膜の外周にコ字状のスリットをくり抜き形成することにより、励振電極膜を備えた振動基板と、該振動基板の両側方向に夫々離間した細幅の腕部を形成し前記振動基板を枠で囲繞することにより、この振動基板の一方の端部を自由端とすると共に、前記振動基板の他方の端部を前記枠と連結し、前記枠の前記自由端に対向する部位と、前記振動基板の前記他方の端部を、それぞれパッケージの内底面に固定する両持ち支持でありながら、前記振動基板の一方の端部を自由端とすることができ、前記他方の端部に向けて夫々励振電極膜からリード電極を導出した応力フリータイプの圧電振動素子が開示されている。これによって、あたかも圧電振動素子の一端部だけをパッケージに設けた素子搭載パッド上に接着剤により固定する片持ち梁状の支持を行ったようにすることができ、固定部から振動基板の振動部に伝達されようとする支持応力をスリットにより遮断、緩和することができるため、圧電振動素子をパッケージに固定する際や、圧電振動素子をパッケージ内に封止する際の応力、温度変化、外力に対して周波数の安定度を高めることができる旨が記載されている。
また、特許文献２には、圧電振動素子をパッケージ内に片持ち支持した際に、支持部にて発生する支持応力が励振部に伝達されることを防止するために圧電振動素子にスリットを設けた構成が開示されている。
しかし、特許文献１、２に開示された従来技術にあっては、スリットの存在によって圧電基板に形成される幅の細い部位の機械的強度が低下しているため、落下等による衝撃が加わった際に細くなった部分が折れやすいという欠点がある。特に、衝撃によって捻り方向へ圧電振動素子が変形し易いため、幅の細い部分が更に折れ易くなる。
特許文献３には、パッケージ内に片持ち支持した圧電振動素子の自由端部と対面するパッケージ本体内底面部分に枕部材を突設することにより、衝撃によって圧電振動素子がその厚み方向に振れた際に枕部材との接触によって衝撃を吸収緩和して耐衝撃性を向上するようにした技術が開示されている。
特許文献１、２に示したスリットを有した応力フリータイプの圧電振動素子の耐衝撃性を高めつつ、薄型化されたパッケージ内に収納可能とするために、パッケージ内に片持ち支持した圧電振動素子の振動基板の自由端部に対応するパッケージ本体部位に特許文献３に開示された如き枕部材を突出させることも考えられる。
【０００５】
しかし、薄型化されたパッケージ内において、圧電振動素子の振動基板の自由端部と枕部材との間に微小間隔を保持しつつ支持することは難しく、振動基板が枕部材と常時接触した状態になると、モリブデン等の金属材料から成る枕部材との間の熱膨張係数の違い等によって接触部から振動基板に対して新たな応力が加わってその周波数を変動させる虞がある。また、パッケージに枕部材を設けた場合には、製造段階において、振動基板の自由端部が枕部材と常時接触することがないように適切な間隔を確保するために厳密なギャップコントロールが必要となり、製造手数の増大、不良品発生率の増大、生産性の低下をもたらす虞がある。
つまり、折角、パッケージと圧電振動素子との固定部からの支持応力を解消する構造の圧電振動素子を用いながら、枕部材との間の接触部からの応力により共振周波数に変動がもたらさせるのでは、応力フリータイプとする意味が薄まる。
従って、パッケージの薄型化に対応しながら、特許文献１、２に開示されたスリットを備えた圧電振動素子の耐衝撃性を高めることはこれまで極めて難しいとされていた。
【０００６】
次に、特許文献４には、上面に素子収納用の凹所を備えたケース内にＡＴカット水晶振動素子を片持ち状態で支持するに際して、水晶振動素子の自由端部と対面する凹所内底面に設けた段差状の島部（凸部）と水晶振動素子の自由端部下面とを当接させた構造が提案されている。水晶振動素子は励振電極を搭載した矩形の振動基板と、振動基板の一端縁中央部に対して細い（くびれ状の）第１の連結部を介して連接され且つ振動基板の両側縁に沿ってコ字状に対称に延びる２つの梁部と、を有している。２つの梁部の他端部間は第２の連結部によって連結されることにより２つの梁部は全体として環状となっている。水晶振動素子は２つの梁部の端部間を連結する第２の連結部をパッケージ本体内底面に固定されている。
しかし、特許文献４において、島部が支持するのは前記第１の連結部を回避した両梁部の基端部のみとなっているため、細い第１の連結部に応力が集中し易い構造となっており、パッケージと圧電振動素子との固定部からの支持応力や衝撃によって第１の連結部が折損し易くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−２２６９６３号公報
【特許文献２】特開平０９−３２６６６７号公報
【特許文献３】特開平０３−８８３７３号公報
【特許文献４】特開平１０−２５６８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように短冊状の圧電基板の両主面の中央部に設けた励振電極膜の外周側にコ字状のスリットを貫通形成することにより、励振電極膜を備えた振動基板と、振動基板の両側方に対称形状となるように離間配置された２つの細幅の腕部と、を形成した応力フリータイプの圧電振動素子にあっては、振動基板の自由端部とは反対側の基端部をパッケージに接着して片持ち支持した場合に、衝撃によって腕部が破損し易くなるという問題があった。また、このタイプの圧電振動素子の耐衝撃性を高めるために、圧電振動素子の自由端部と対面するパッケージ本体部位に枕部材を突設することも考えられるが、この場合には周波数の変動を防止するために両者を非接触に保持する必要がある。しかし、薄型化されたパッケージ内で圧電振動素子の自由端部と枕部材との間のギャップを厳密にコントロールすることは難しく、生産性の低下を招く原因となっていた。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、所謂逆メサ型の振動基板の一端縁寄りの部位から振動基板を挟むように二本のアーム状の梁部を線対称に突出させた構成を備えた応力フリータイプの圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に片持ち支持する場合に、従来のように振動基板の自由端部とは反対側の基端部をパッケージに接着固定するのではなく、振動基板から十分に離間した両梁部（支持部）の適所をパッケージに固定することによって固定部と振動基板との間に梁部を介在させて、固定部で発生する支持応力が振動基板に影響を与えないように構成した圧電デバイスを提供することを目的としている。
また、圧電振動素子の自由端部と対面するパッケージ面に枕部材を配置した場合に、振動基板と枕部材との厳密なギャップコントロールを不要として生産性を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］本発明の圧電デバイスは、水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系の前記ｘ軸を中心として、前記ｚ軸を前記ｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、前記ｙ軸を前記ｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ′軸に平行な面で構成され、前記ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなり、前記ｙ´軸方向を厚み方向とする圧電基板と、前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、前記各励振電極から夫々延在されたリード電極と、前記圧電基板を搭載する基板と、を備える圧電デバイスであって、前記圧電基板が、前記振動領域を構成する薄肉部と、該薄肉部の周縁の少なくとも一部に設けられ該薄肉部の厚みよりも厚い厚肉部と、を有した振動基板と、前記振動基板の一方の端部を自由端とし、当該振動基板の前記自由端と対向する端部を他方の端部とし、前記他方の端部寄りの前記振動基板の部位に連結されて該振動基板を支持する支持部と、当該支持部を前記基板に固定するための固定部と、を有し、前記支持部は、前記主面と平行な面内で前記振動基板を挟むように、前記自由端から前記他方の端部に向かう方向に沿って延び、且つ前記振動基板から離間して配置された二つの梁部と、前記振動基板における前記他方の端部側にある当該二つの梁部の夫々の一方の端部と前記振動基板の前記部位とを連結する第１の連結部と、を有し、前記二つの梁部は当該梁部の他方の端部が前記自由端を越えて延在され、当該延在された前記二つの梁部を第２の連結部により連結され、前記固定部は、前記第２の連結部に設けられ、且つ前記基板に対して固定部材により１点支持により固定され、前記固定部よりも前記振動基板の前記他方の端部寄りの前記梁部の特定部位と対向する前記基板の一主面に第１の凸部を設けた、ことを特徴とする。
【００１１】
従来の支持応力フリータイプの圧電振動素子を備えた圧電デバイスにあっては、振動基板の自由端部とは反対側の端部に固定部を設けていた。このため、基板と圧電基板との固定部が振動基板の振動領域と直近となっており、固定部からの支持応力が振動領域に影響を与えて共振周波数に影響を与えることがあった。また、この不具合に対処するために、２つの梁部を基板に夫々固定する構成を採用することがあったが、絶縁基板や固定部材との線膨張係数の違いにより支持応力が振動領域に悪影響を及ぼしたり、外力により梁部が折損することがあった。本発明では、逆メサ型振動基板の自由端部寄りの支持部中央部に一箇所だけ固定部を設けたので、固定部と振動領域との間に支持応力をキャンセルするに十分な距離を確保することができる。固定部は、他方の分割領域内に位置する支持部の特定部位に設けることにより、振動領域への悪影響を回避することができる。また、第１の凸部を基板側に設けて圧電基板の自由端寄りの支持部と対向配置することにより、仮に支持部が第１の凸部に接触したとしても接触部からの応力が振動領域に伝搬されて共振周波数を変動させる不具合を解消することができる。また、支持部を第１の凸部に接触させた状態での組付けが可能となることにより、組付け手数を低減して生産性を向上できる。また、支持部を第１の凸部と常時接触させることにより、圧電振動素子をパッケージ等に収納する際にパッケージの薄型化を達成することが可能となる。
【００１２】
［適用例２］本発明に係る圧電デバイスは、前記二つの梁部の延びる方向は、前記ｚ´軸に平行な方向であることを特徴とする。
【００１３】
このような構成を採用することにより、逆メサ型の振動基板の特性を最大限に発揮させることが可能となる。
【００１４】
［適用例３］本発明に係る圧電デバイスは、前記基板の一方の主面には、前記振動基板の自由端と対向する部分に第２の凸部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
圧電デバイスの落下時等に圧電振動素子に加わる衝撃によって圧電振動素子が捻れ方向に変形すると、いずれか一方の第１の凸部と圧電振動素子との接触部を支点として応力が発生し、梁部、或いは振動基板が折損する虞がある。本発明では、振動基板の変形時にその自由端と接触して応力を緩衝する第２の凸部を設けたので、折損の発生を防止できる。
【００１６】
［適用例４］本発明に係る圧電デバイスは、前記第２の凸部は、前記振動基板の自由端の両側端部に対向するように、前記基板の一方の主面に夫々設けられていることを特徴とする。
【００１７】
第２の凸部の形成位置は、種々選定可能である。
【００１８】
［適用例５］本発明に係る圧電デバイスは、一方の前記リード電極は、前記固定部まで延在されて、前記基板に設けた２つの電極パッドのうちの一方の電極パッドと前記固定部材により電気的機械的に接続され、他方の前記リード電極は他方の電極パッドとワイヤーで電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
２つのリード電極は全て固定部において基板に接続してもよいが、一方のリード電極を固定部にて電気的機械的に接続し、他方のリード電極は他の部位で電気的に接続してもよい。
【００２０】
［適用例６］本発明に係る圧電デバイスは、少なくとも一以上の電子部品を備えてなることを特徴とする。
【００２１】
圧電振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
【００２２】
［適用例７］本発明に係る圧電デバイスは、前記電子部品が、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかであることを特徴とする。
【００２３】
圧電振動子に対してこれらの電子部品を付加したユニットを構築することにより、ユーザーの多用なニーズを満たすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る圧電デバイスの一例としての水晶振動子の外観斜視図、縦断面図、要部平面図、及び水晶振動素子の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はパッケージ本体の平面図、及びパッケージの正面縦断面図である。
【図３】水晶の結晶軸ｘｙｚと、ＡＴカット水晶基板との関係を説明するための図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子の構成を示す平面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子（圧電振動子）の要部平面図、水晶振動素子が水平搭載された状態を示す要部縦断面図、及び水晶振動素子が斜め搭載された状態を示す要部縦断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図５の変形実施形態に係る圧電デバイスの要部平面図、水晶振動素子が水平搭載された状態を示す要部縦断面図、及び水晶振動素子が斜め搭載された状態を示す要部縦断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の構成を示す要部平面図、及び縦断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の縦断面図、及び要部平面図である。
【図９】本発明の水晶振動素子（圧電振動素子）を用いた水晶発振器の他例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の水晶振動素子（圧電振動素子）を用いた水晶発振器の他例を示す縦断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る圧電デバイスについて詳細に説明する。
図１（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る圧電デバイスの一例としての水晶振動子の外観斜視図、要部平面図、縦断面図、及び水晶振動素子の構成を示す斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はパッケージ本体の平面図、及びパッケージの正面縦断面図である。
本例に係る圧電デバイス１は、水晶振動子（圧電振動子）であり、水晶振動子１は、表面実装用のパッケージ（基板）３内に水晶振動素子２を一方の端部を自由端とし、他方の端部を１点で支持した一点支持の構成を備えている。尚、一点支持とは、水晶振動素子２を一箇所だけで基板に支持固定したことを言う。つまり、固定部３０の一箇所とパッケージ（基板）の電極パッド６とを固定部材により固定し、水晶振動素子２を支持している。
パッケージ（基板）３は、セラミック等の絶縁材料から成り上面に凹所４ａを有すると共に底面（裏面）に実装端子４ｂを備えた表面実装用のパッケージ本体（基板）４と、パッケージ本体４の凹所外周（コバール壁）の上面に固定されて凹所を封止するリッド５と、を概略備えている。
水晶振動素子２は、表裏関係にある二つの主面、及び二つの主面を連結する側面を備えた厚み滑り振動を主振動とする水晶基板（圧電基板）１０と、水晶基板１０の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極４５、及び各励振電極４５から水晶基板面の他の部位に引き出されたリード電極４６と、を備えている。
【００２６】
水晶基板１０は、短冊状の水晶基材をエッチングによって加工することによって図示の如き形状に形成される。
水晶基板１０は、面積の略中央部に薄肉状の振動領域１１ａを有する所謂逆メサ型の振動基板（励振部）１１と、振動基板１１の一方の端部を自由端とし、当該振動基板１１の前記自由端と対向する端部を他方の端部とし、前記他方の端部寄りの前記振動基板の部位１１Ａに連結されて該振動基板を支持する支持部２０と、支持部２０をパッケージ本体４の内底面に設けた単一の素子搭載パッド６上に導電性接着剤７、或いはバンプ等の固定部材を用いて固定するための単一の固定部３０と、を有する。即ち、水晶基板１０は、表裏に励振電極４５を備えた例えば矩形の振動領域（薄肉部）１１ａ、及び振動領域１１ａの外周縁の少なくとも一辺（本例ではコ字状の３辺）に一体化された厚肉部１３を有した矩形の振動基板１１と、振動基板の外周にコ字状にスリット１２を形成することによって振動基板１１の基端部１１Ａ寄りの適所から線対称に延びて振動基板１１を挟むように離間配置された支持部２０と、を備え、支持部２０の一端寄りの特定部位を素子搭載パッド（電極パッド）６上に固定される固定部３０としている。
本例に係る水晶基板１０は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系の前記ｘ軸を中心として、前記ｚ軸を前記ｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、ｙ軸をｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、ｘ軸と前記ｚ′軸に平行な面で構成され、ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなり、ｙ´軸方向を厚み方向としている。
【００２７】
振動基板１１は、薄肉状の振動領域（薄肉部）１１ａの少なくとも一辺に対して厚肉部１３を一体化した所謂逆メサ型であり、ｚ′軸に平行な辺を長辺とし、ｘ軸に平行な辺を短辺としている。
本例に係る振動基板１１は、振動領域（薄肉部）１１ａと、振動領域１１ａの３辺、即ちｘ軸に沿った一辺と、ｚ′軸に沿った二辺に夫々沿ってコ字状に一体化された３本の厚肉部１３と、を有する。従って、ｘ軸と平行な他の一辺（振動基板の自由端部１１Ｂ）側は開放されている。このように振動基板の一辺に厚肉部１３が存在しないため、一つの厚肉部の幅寸法分だけ小型化が可能となる。
支持部２０は、水晶基板１０の主面と平行な面内で振動基板１１を挟むように、振動基板から離間して配置された細幅帯状の二本の梁部２１と、各梁部２１と振動基板の基端部（厚肉部）１１Ａとを連結する第１の連結部２５と、各梁部の延在された端部間を連結する第２の連結部（連結梁部）２２と、を有する。各梁部２１は、水晶基板の重心Ｃを通る対称軸Ｌ１を中心として互いに線対称となるように、振動基板１１の両側方に位置している。
【００２８】
第１の連結部２５は、水晶基板１０の主面と平行な面内で振動基板１１の重心Ｃを通る一つの中心線Ｌ２を境にして二分した分割領域Ｔ１、Ｔ２のうち、いずれか一方の分割領域Ｔ１内にある振動基板の端縁（基端部１１Ａ）寄りの部位に位置している。第２の連結部２２は、他方の分割領域Ｔ２内にある。本例における中心線Ｌ２は、梁部２１の延びる方向と直交する方向であるが、中心Ｃを通り且つ水晶基板の主面と平行な面内を通る直線であれば、どのような方向へ延びる直線であってもよい。
二つの梁部２１は、一方の分割領域Ｔ１から他方の分割領域Ｔ２に向けて、振動基板の自由端を越えて延在されている。即ち、各梁部２１は、基端部２１ａが他方の分割領域Ｔ２内に位置し、各梁部２１の先端部２１ｂは一方の分割領域Ｔ１内に位置しており、固定部３０は、他方の分割領域Ｔ２内に位置する梁部の特定部位（第２の連結部２２）に設けられている。本例に係る各梁部２１は、その基端部２１ａ、及び先端部２１ｂが夫々Ｌ字状に屈曲したコ字状をなしている。本例では、２つの梁部２１はその基端部２１ａ間を連結梁部（第２の連結部）２２によって連結され、且つ先端部２１ｂ間を第１の連結部２５により連結されているので、支持部２０は全体として矩形環状をなしている。固定部３０は各梁部２１の基端部２１ａに相当する部位、即ち第２の連結部２２の中央部に一箇所設けられており、固定部３０には、一方（裏面側）の励振電極４５から延びるリード電極４６の端部４６ａが位置しているため、パッケージ本体側に設けた素子搭載パッド６に対して導電性接着剤７、或いは、バンプ等の固定部材によって電気的機械的に接続することができる。他方（表面側）の励振電極４５から延びるリード電極４６の端部４６ｂは第２の連結部２２の手前で終端しており、ボンディングワイヤーＷを用いてパッケージ本体４の内底面に配置した素子搭載パッド（電極パッド）３１と電気的に接続されている。
【００２９】
本例の水晶振動素子２にあっては、支持部２０を構成し、２つの長尺な梁部２１の各々の一方の端部２１ａを連結する第２の連結部２２の中央部に設けた固定部３０と、振動基板１１との間、及び前記２つの長尺な梁部２１の各々と振動基板１１との間には、スリット１２が設けられ、前記２本の長尺な梁部２１の他方の端部２１ｂを連結する第１の連結部２５が前記振動基板１１の基端部１１Ａが接続されており、固定部３０から基端部１１Ａまでの距離を折り返し部である前記端部２１ａを介して長くしているので、固定部３０をパッケージ本体の凹部の内底面に配置された素子搭載パッド６に固定したときに生じる支持に起因した内部応力が振動領域１１ａに及ぼす影響が大幅に減殺されるように構成されている。
更に、本発明においては、支持部２０の適所と対面するパッケージ本体部位に枕部材として機能する第１の凸部５０を設けている構成も特徴的である。即ち、本例では、固定部３０よりも振動基板の基端部１１Ａ寄りの梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体内底面（表面実装基板面）に第１の凸部（枕部材）５０を設けている。第１の凸部５０は、固定部３０を素子搭載パッド６上に接着固定した際に水晶振動素子の自由端部（固定側端部２ａとは反対の反端側端）２ｂが下向きに傾斜し過ぎないように梁部２１の適所と接触するストッパーとして機能する突起である。
【００３０】
第１の凸部５０は、セラミック等から成るパッケージ本体を焼成する前に、パッケージ本体内底面に相当する部分にスクリーン印刷によって予め印刷されるモリブデン、タングステン等の金属から構成される。水晶振動素子２を素子搭載パッド６上に固定する際には、水晶と金属との熱膨張係数差に起因して水晶基板に歪みが発生することを避けるため、梁部２１（支持部２０）は可能な限り第１の凸部５０と離間していることが好ましいが、仮に梁部２１が第１の凸部５０と接触した状態で水晶振動素子が固定されたとしても、第１の凸部と梁部２１との接触部は振動基板の振動領域１１ａから十分に離間しているため、接触部からの応力が振動領域１１ａの共振周波数を変動させることはない。このように本発明においては水晶振動素子を枕部材としての第１の凸部５０と接触させた状態でパッケージを気密封止して製品を完成させることができるため、水晶振動素子を接着する際に第１の凸部との間のギャップコントロールを精密に行う必要がなくなり、生産性を高めることが可能となる。
なお、本発明に係る水晶基板からなる励振基板１１は厚みすべり振動を主振動とするものであり、励振電極４５により励振される主振動の振動変位エネルギーは、励振電極４５の中央部Ｃにおいて最大であり、中央部Ｃから離反するにつれて減衰し、振動変位エネルギーが同値である部分をプロットすると、中央部Ｃを中心とする略相似形の複数の等力線と称される楕円が描かれる。即ち、主振動のエネルギー分布が振動領域１１ａの中心部Ｃを中心とした楕円状（図１（ｂ）中に図示）となる。このため、励振基板１１の中央近傍、即ち機械的エネルギーの最大部分から最も離れている部位と対応するパッケージ本体の凹部の内底面の基板面に第１の凸部５０を設けることが、圧電効果の減少を最小に抑制し、安定した特性の維持が図る上で有効である。そのため、水晶基板がより小型化されても、特性の安定、及び圧電効果の維持が可能である。
【００３１】
ＡＴカット水晶基板１０は、図３に示すように、ｘｚ平面を、ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料（例えば、人工水晶）から切り出された平板である。ここで、例えばθ＝３５°１５′（θ＝２０°〜４０°）である。なお、ｙ軸およびｚ軸もｘ軸周りにθ回転させて、それぞれｙ′軸およびｚ′軸とする。したがって、ＡＴカット水晶基板１０は、結晶軸（ｘ，ｙ′，ｚ′）軸を有する。ＡＴカット水晶基板１０は、ｙ′軸に直交するｘｚ′面（ｘ軸およびｚ′軸を含む面）が主面（励振面）となり、厚み滑り振動を主振動として振動することができる。このＡＴカット水晶基板１０を加工して、水晶基板（圧電基板）１０を得ることができる。
すなわち、水晶基板１０は、図３に示すように水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系のｘ軸を中心として、ｚ軸をｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、ｙ軸をｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、ｘ軸とｚ′軸に平行な面で構成され、ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００３２】
水晶基板１０は、図１（ｄ）に示すように、ｙ′軸に平行な方向（以下「ｙ′軸方向」ともいう）を厚み方向として、ｘ軸に平行な方向（以下「ｘ軸方向」ともいう）を短辺とし、ｚ′軸に平行な方向（以下「ｚ′軸方向」ともいう）を長辺とする矩形の形状を有する。
なお、本例では、梁部２１の先端部（固定部３０から最も離間した部位）２１ｂに相当するパッケージ本体部位に第１の凸部５０を突設した例を示したが、各梁部２１の先端部よりも固定部３０寄りの部位に相当するパッケージ本体部位に第１の凸部５０（図１（ｂ）中に破線図示）を設けたとしても、第１の凸部５０と梁部との接触部からの接触応力が振動領域１１ａに伝搬することをキャンセルする効果を十分に発揮することができる。つまり、第１の凸部５０と梁部との接触部からの接触応力は、梁部及び第１の連結部２５で完結し、振動領域１１ａに伝搬することがない。但し、第１の凸部５０を各梁部２１に対応するパッケージ本体部位に夫々設ける場合には、各第１の凸部５０の位置は、各梁部２１の長手方向に沿った同一位置となるようにする。このように各梁部２１の長手方向同一位置にある第１の凸部５０の緩衝作用によって、水晶振動子１に衝撃が加わった際における各梁部の折損を効果的に防止することができる。
なお、第１の連結部２５の中間部と対面するパッケージ本体部位に第１の凸部５０を一個だけ設けても、同様に連結部と第１の凸部５０との接触部に発生する応力が振動領域１１ａに与える影響を少なくすることができる。
要するに、パッケージ本体側（表面実装用基板側）に設ける第１の凸部５０は、水晶振動素子２の支持部２０を構成する各梁部２１の任意の部位と対向する位置、或いは第１の連結部２５の任意の部位と対向する位置に設けることができる。
【００３３】
以上のように支持部２０の適所と対面するパッケージ本体部位に第１の凸部５０を設けたことにより、水晶振動素子２をパッケージに搭載する際に水晶振動素子と第１の凸部５０との接触の有無、ギャップを厳密にコントロールする必要がなくなる。特に、水晶振動素子を第１の凸部と接触させても支障がないため、パッケージの薄型化を実現することができる。即ち、水晶振動素子を第１の凸部５０と接触させないために水晶振動素子は水平に（パッケージ本体内底面と平行に）搭載するが、水平搭載を意図した場合であっても実際にはその自由端部はパッケージ本体内底面側、或いはリッド側の何れかに傾いて固定されることがある。この搭載角度のバラツキを予め考慮してパッケージの内部高さは大きめに設計されているが、水晶振動素子が第１の凸部５０と接触してもよいことになれば、リッド側への傾斜を全く考慮する必要がなくなり、パッケージを薄型化することができ、水晶振動子をより低背化することができる。
【００３４】
次に、図４（ａ）（ｂ）は何れも本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子の構成を示す平面図である。
まず、図４（ａ）の水晶振動素子２は、第１の連結部２５を間に挟んで振動基板１１と反対側に突出部２６を備えた構成を有している。換言すれば、振動基板１１の基端部側の両側縁から夫々Ｌ字状に梁部２１を突出させた構成を有している。要するに、梁部２１の先端部２１ｂの位置は図１の実施形態のように振動基板の基端縁と同等の位置であってもよいし、図４（ａ）のように振動基板の基端縁よりも自由端部１１Ｂ寄りの両側縁であってもよい。このように構成した水晶振動素子２の支持部２０の一部、例えば両梁部２１の基端部２１ａを固定部３０としてパッケージ本体に接着固定して片持ち梁状に支持した場合には、固定部３０からの支持応力が振動基板の振動領域（薄肉部）１１ａに影響を及ぼすことが無く、共振周波数の変動は発生しなかった。また、固定部３０よりも振動基板の基端部１１Ａ寄りの梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体内底面（表面実装基板面）に第１の凸部（枕部材）５０、或いは後述する第２の凸部５１を設けることにより、第１の凸部と水晶基板の自由端部とが接触した場合であっても、接触部からの応力が振動領域１１ａに悪影響（共振周波数の変動）を及ぼすことがないことが確認できた。
【００３５】
次に、図４（ｂ）の水晶振動素子２は、第１の連結部２５の幅を振動基板１１の基端部１１Ａの幅よりも狭くしている。換言すれば、水晶基板面に形成したコ字状のスリット１２の２つの端部をＬ字状に屈曲させることにより、幅の狭い第１の連結部２５を形成した構成を備えている。このように構成した水晶振動素子２の支持部２０の一部、例えば両梁部２１の基端部２１ａをパッケージ本体に接着固定して片持ち梁状に支持した場合には、固定部３０からの支持応力が振動基板の振動領域１１ａに影響を及ぼすことは無く、共振周波数の変動は発生しなかった。また、固定部３０よりも振動基板の基端部１１Ａ寄りの梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体内底面（表面実装基板面）に第１の凸部（枕部材）５０を設けることにより、第１の凸部と水晶基板の自由端部とが接触した場合であっても、接触部からの応力が振動領域１１ａに悪影響を及ぼすことがないことが確認できた。
【００３６】
次に、図５（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子（圧電振動子）の要部平面図、水晶振動素子が水平搭載された状態を示す要部縦断面図、及び水晶振動素子が斜め搭載された状態を示す要部縦断面図である。
この実施形態に係る水晶振動子１は、振動基板１１の自由端１１Ｂと対向（対面）するパッケージ本体内底面（表面実装用基板面）の部位に第２の凸部５１を備えた構成が特徴的である。
第２の凸部５１が存在しない場合には、落下衝撃により水晶振動素子が捻れ応力を受けた時に、２つの第１の凸部５０のうちの一方の第１の凸部５０を支点として梁部２１や振動基板１１が折れる虞があるが、第２の凸部５１が存在する場合には衝撃によって水晶振動素子が捻れ方向へ変形しようとしても第２の凸部５１が振動基板１１の自由端１１Ｂと接触して変形にストップをかけることができるため、梁部、或いは振動基板の折損を防止できる。
【００３７】
また、本実施形態では振動基板１１と支持部とを連結する第１の連結部２５が、特許文献４のような細いくびれ状になっていないため、第１の連結部２５が固定部３０に発生する応力や、振動、衝撃によって折損することが防止されている。逆に言えば、第１の連結部２５が細いくびれ状になっている場合には、折損し易くなる。しかし、第２の凸部５１によって振動基板１１の自由端部下面を支持可能に構成することにより、図４（ｂ）に示すような第１の連結部２５を細いくびれ状に構成したとしても、折損する虞を大幅に低減することができる。
なお、図５（ｂ）に示すように第２の凸部５１は常時において振動基板１１と非接触状態に保つのが好ましいが、素子搭載パッド６上に水晶振動素子２の一端部を導電性接着剤７上に乗せて接着するため、導電性接着剤の厚み分だけ水晶振動素子の基端部２ａの高さを確保することができる。このため、図５（ｃ）のように水晶振動素子の自由端部２ｂを第１の凸部５０上に接触させたとしても、図示のように第２の凸部５１と振動基板１１との接触を回避することができる。
【００３８】
これを更に詳述すれば、パッケージの製造時には、焼成前にパッケージ本体内底面（セラミックシート）上にスクリーン印刷によって素子搭載パッド６、第１の凸部５０、及び第２の凸部５１を構成するモリブデン、タングステン等の金属ペーストを印刷し、これを焼成によって硬化させる。更に、電界メッキによって、素子搭載パッド６用の金属部分の表面にだけ、ニッケルメッキ層（約１０μｍ）、金メッキ層（約０．５μｍ）を順次形成する。このため、素子搭載パッド６の高さは第１及び第２の凸部５０、５１よりも約１０μｍ高くなっている。ここで、素子搭載パッド６の高さに更に導電性接着剤７の厚み分が加わるため、水晶振動素子２の基端部２ａの高さを十分に確保することができ、その結果、振動基板１１と第２の凸部５１との常時接触を確実に回避することが可能となる。
なお、図５の実施形態では、第１の凸部５０を支持部２０の先端部寄り位置（梁部の先端部寄り位置）と対向するパッケージ本体部位に設けた例を示したが、これは一例に過ぎない。即ち、図５（ａ）中に破線で示すように、第１の凸部５０を、第２の凸部５１と第１の連結部２５との間の領域内に位置する各梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体部位に配置してもよい。つまり、第１の凸部５０は、支持部２０の先端部寄り位置よりも固定部寄り位置に配置しても、枕部材としての機能を発揮することができる。
また、図５の実施形態に係る水晶振動子の構造は、図４（ａ）（ｂ）に夫々示した水晶振動素子の支持構造にも適用することができる。
【００３９】
次に、図６（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図５の変形実施形態であり、第２の凸部５１を薄肉の振動領域１１ａを回避した厚肉部１３の下面のみと対面するパッケージ本体上面に配置した構成が特徴的である。
このように構成することにより、第２の凸部５１との接触により周波数の変動をもたらす虞がある薄肉の振動領域１１ａへの悪影響がなくなるので、周波数の安定化が期待できる。
【００４０】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子１の構成を示す要部平面図、及び縦断面図である。
この実施形態に係る水晶振動子１は、第１の凸部５５を、パッケージ本体内底面（表面実装用基板面）と対向する支持部２０の特定部位に設けた構成が特徴的である。換言すれば、第１の凸部５０をパッケージ本体内底面ではなく、パッケージ本体内底面と対向する水晶振動素子の支持部２０に設けたものである。
本例における第１の凸部５５の形成位置としては、各梁部２１の先端部２１ｂに相当する部位（二箇所）を例示しているが、梁部の先端部２１ｂ間に位置する第１の連結部２５の下面に一個設けても良い。
第１の凸部５５を水晶振動素子の支持部２０に形成するには、エッチングによる製造方法が適している。即ち、水晶基板１０の加工前の母材として支持部２０と第１の凸部５５とを合わせた厚みを有した水晶板を用意し、この水晶板に所要のマスクを施してエッチングを行うことにより、第１の凸部５５に相当する部位を厚く加工する。振動基板１１の振動領域（薄肉部）１１ａについては所望の共振周波数を得るのに必要な肉厚に設定するために十分な程度にエッチングを行えばよい。
【００４１】
本実施形態によれば、梁部２１下面の適所、或いは第１の連結部２５の中央部下面に、枕部材として機能する第１の凸部５５を突設したことにより、仮に第１の凸部５５がパッケージ本体内底面に接触した状態で水晶振動素子が固定されたとしても、第１の凸部５５とパッケージ本体内底面との接触による応力が振動基板の振動領域１１ａに悪影響を及ぼして共振周波数を変動させる虞がなくなる。このため、水晶振動素子をパッケージ本体に搭載する際のギャップコントロールが不要、或いは容易となり、製造手数を低減して量産性を高めることができる。
なお、第１の連結部２５の中間部に第１の凸部５５を一個だけ設けても、同様に第１の凸部５５とパッケージ本体内底面との接触部に発生する応力が振動領域１１ａに与える影響を少なくすることができる。或いは、両梁部２１と第１の連結部２５に跨って延在する長尺の第１の凸部５５を設けても良い。
なお、図７の実施形態に係る水晶振動子の構造は、図４（ａ）（ｂ）に夫々示した水晶振動素子の支持構造にも適用することができる。
【００４２】
次に、図８（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の縦断面図、及び要部平面図であり、この実施形態では、パッケージ３を構成する表面実装用基板４Ａの上面に設けた第１の凸部５０と、逆メサ型の水晶振動素子２の支持部２０側に設けた第１の凸部５５を併用している。例えば、表面実装用基板４Ａ側には図１に示したように両梁部２１に対向する部位に第１の凸部５０を設ける一方で、水晶振動素子には第１の凸部５０と対面する位置に第１の凸部５５を設ける。このように構成した結果、水晶振動素子２がパッケージ本体側に傾斜した際に、第１の凸部５５が第１の凸部５０と接触することとなるが、接触部の応力は振動領域１１ａに伝搬されることがない。即ち、この場合にも、図１の実施形態、或いは図７の実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、この実施形態に係るパッケージ３は、平板状の表面実装用基板４Ａの上面を包囲するように逆椀形のキャップ４Ｂを被せた構成を備えている。上記各実施形態に係る水晶振動素子はこのタイプのパッケージ３にも適用することができる。
図８の実施形態に係る水晶振動子の構造は、図４（ａ）（ｂ）に夫々示した水晶振動素子の支持構造にも適用することができる。
【００４３】
以上説明したように本発明の圧電デバイスにあっては、従来の支持応力フリータイプの圧電振動素子を備えた圧電デバイスのように振動基板の自由端部とは反対側の端部に固定部を設けない。本発明では、振動基板の自由端部１１Ｂ寄りの支持部２０の中央部に固定部３０を一箇所設けたので、固定部と振動領域（薄肉部）１１ａとの間に支持応力をキャンセルするに十分な距離を確保することができる。固定部３０は、他方の分割領域Ｔ２内に位置する支持部の特定部位に一箇所設けることにより、振動領域への悪影響を回避することができる。水晶基板と、パッケージ本体や接着剤との線膨張係数が違うことにより発生した支持応力が梁部を経由して振動領域１１ａに伝搬して悪影響を与える不具合を、一箇所の固定部３０による一点支持とすることにより解決することができる。
また、第１の凸部５０を表面実装用基板側に設けて圧電基板の自由端寄りの支持部と対向配置することにより、仮に支持部が第１の凸部に接触したとしても接触部からの応力が振動領域に伝搬されて共振周波数を変動させる不具合を解消することができる。支持部を第１の凸部に接触させた状態での組付けが可能となることにより、組付け手数を低減して生産性を向上できる。また、支持部を第１の凸部と常時接触させることにより、圧電振動素子をパッケージ等に収納する際にパッケージの薄型化を達成することが可能となる。
【００４４】
また、第１の凸部を配置する位置として、支持部２０を構成する梁部２１の特定部位と対向する表面実装用基板面を選定することにより、梁部と第１の凸部との接触部からの応力が振動領域に伝搬することを確実に防止することが可能となる。
また、表面実装用基板側に第１の凸部を設ける代わりに、表面実装用基板面と対向する支持部の適所に第１の凸部を配置することにより、支持部側に設けた第１の凸部に枕部材としての機能を発揮させるようにしてもよい。圧電振動素子を表面実装用基板面に固定する際における組付け手数の低減と、パッケージの薄型化を達成することが可能となる。
また、第１の凸部を配置する位置を支持部を構成する梁部２１に選定することにより、第１の凸部と表面実装用基板との接触部から振動領域が十分に離間することとなり、振動領域への影響を回避することができる。支持部側に設けた第１の凸部を表面実装基板側に設けた第１の凸部と対面、接触させるように構成してもよい。
【００４５】
また、圧電デバイスの落下時等に圧電振動素子に加わる衝撃によって圧電振動素子が捻れ方向に変形すると、いずれか一方の第１の凸部と圧電振動素子との接触部を支点として応力が発生し、梁部、或いは振動基板が折損する虞がある。本発明では、振動基板の変形時にその自由端と接触して緩衝する第２の凸部を設けたので、折損の発生を防止できる。
また、第１の凸部の設置箇所は、梁部の先端部よりも第２の凸部寄りの部位と対向する表面実装用基板面に設けてもよい。
また、第１の凸部の設置箇所は、梁部の先端部よりも第２の凸部寄りの部位に設けてもよい。
【００４６】
次に、本発明に係る圧電デバイスとして上記実施形態では、圧電振動子（水晶振動子）を例示したが、圧電振動子に発振回路を組み付けた構造の圧電発振器にも本発明を適用することができる。
即ち、図８（ａ）中に破線で示したように水晶振動素子２の直下に形成されるスペースを利用して発振回路を構成するＩＣ部品（電子部品）６０をパッケージ本体４上に搭載することにより水晶発振器を構築することができる。
本発明の圧電振動子１と、発振回路を搭載したＩＣ部品（半導体素子）６０と、パッケージ３と、を備えた圧電発振器を構成すると、小型、低背化した低コストの圧電発振器が得られるという効果がある。
或いは、上記スペース内に配置する電子部品として、ＩＣ部品６０に代えて、サーミスター（感温素子）、コンデンサー、リアクタンス素子等のチップ部品を配置することによって、電子部品付きの水晶振動子（圧電デバイス）を構築してもよい。
このように水晶振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
特に、電子部品として、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかを選定することにより、ユーザーの多用な需要を満たすことが可能となる。
【００４７】
次に、図９は本発明の水晶振動素子（圧電振動素子）を用いた水晶発振器の他例を示す縦断面図である。なお、図１と同一箇所には同一符号を付してある。
この水晶発振器を構成するパッケージ３は、パッケージ本体４の外底面に環状の外周壁７０を一体化した略Ｈ型の構成を備えており、パッケージ本体４の外底面に発振回路を構成するＩＣ部品（半導体素子）６０を搭載している。
外周壁７０の底面には実装端子７１が設けられ、外周壁７０の内側に形成されるパッケージ本体の外底面に形成した外部パッド７２には、ＩＣ部品６０上の電極６１がボンディングワイヤーＷによって接続されている。
なお、ＩＣ部品６０に代えて、サーミスター（感温素子）、コンデンサー、リアクタンス素子等のチップ部品を配置することによって、電子部品付きの水晶振動子（圧電デバイス）を構築してもよい。
このように水晶振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
特に、電子部品として、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかを選定することにより、ユーザーの多用な需要を満たすことが可能となる。
【００４８】
次に、図１０は本発明の水晶振動素子を用いた水晶発振器の構成を示す縦断面図である。なお、図１と同一箇所には同一符号を付してある。
この水晶発振器（圧電発振器）では、パッケージ本体４の外底面に設けた各底部端子４ｃと実装基板８０上のパッド８１との間を電極球によって電気的機械的に接続している。更に、実装基板８０の中央に発振回路を構成するＩＣ部品（半導体素子）６０を搭載した状態で、実装基板上面、パッケージ３の外周面全体をモールド材８５により被覆している。符号８２は実装端子である。
なお、ＩＣ部品６０に代えて、サーミスター（感温素子）、コンデンサー、リアクタンス素子等のチップ部品を配置することによって、電子部品付きの水晶振動子（圧電デバイス）を構築してもよい。
このように水晶振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
特に、電子部品として、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかを選定することにより、ユーザーの多用な需要を満たすことが可能となる。
【００４９】
次に、図１１（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。なお、図１等の実施形態に示した水晶振動素子と同一部分には同一符号を付してある。
この実施形態に係る水晶振動素子２は、矩形の振動基板１１の一つの主面の中央部に、例えば、矩形の凹陥部１４を形成することによって凹陥部の底面に薄肉の振動領域（薄肉部）１１ａを形成し、且つ振動領域１１ａの四辺に沿って厚肉部１３を一体化した構成を備えている。尚、薄肉部の外形を矩形としたが、これに限定するものではなく、台形、６角形、等、任意に設定することが可能であることはいうまでもない。
この水晶振動素子２を、図１乃至図１０に夫々示した各実施形態における支持構造によってパッケージ本体上に搭載することによって、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
【００５０】
次に、図１２（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。なお、図１等の実施形態に示した水晶振動素子と同一部分には同一符号を付してある。
この実施形態に係る水晶振動素子２は、矩形の振動基板１１の薄肉の振動領域（薄肉部）１１ａの一辺、本例ではｘ軸に沿った一辺だけを厚肉部１３によって支持し、他の３辺は薄肉状となっている。
この水晶振動素子２を、図１乃至図１０に夫々示した各実施形態における支持構造によってパッケージ本体上に搭載することによって、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
【００５１】
次に、図１３（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。なお、図１等の実施形態に示した水晶振動素子と同一部分には同一符号を付してある。
上記の全ての実施形態では、薄肉の振動領域（薄肉部）１１ａと厚肉部１３を有した振動基板１１のｘ軸に沿った一辺を振動基板の基端部１１Ａとして、この基端部に支持部２０との第１の連結部２５を設けている。これに対して、本実施形態ではｚ′に沿った一つの厚肉部１３を振動領域の基端部１１Ａとし、この基端部に支持部２０との第１の連結部２５を設けている。
【００５２】
また、矩形の振動領域１１ａのｘ軸に沿った一辺を除いた３辺を厚肉部１３により保持一体化することによって、ｘ軸に沿った前記一辺は一方の梁部２１と対向している。
この水晶振動素子２を、図１乃至図１０に夫々示した各実施形態における支持構造によってパッケージ本体上に搭載することによって、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
なお、上記各実施形態では、逆メサ型の振動基板１１の一端寄りの部位から振動基板を挟むように二本のアーム状の梁部を線対称に突出させた構成を備えた応力フリータイプの水晶振動素子を基板上に片持ち支持するに際して、環状の連結された二本の梁部の第２の連結部２２を基板上に固定するようにした例を示したが、平板状、即ち短冊状の振動基板を備えた応力フリータイプの水晶振動素子を同様の支持構造によって基板上に支持した場合にも、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
また、上記実施形態では水晶振動素子を搭載する手段として上面に凹所４ａを有した表面実装用の基板（パッケージ本体）４を例示したが、平坦な基板の表面に水晶振動素子を搭載し、この水晶振動素子を含む基板表面上の空間を逆椀状の金属蓋によって気密封止したタイプであってもよい。或いは機器のマザーボード（基板）上に水晶振動素子を直接搭載するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…圧電デバイス（水晶振動子）、２…水晶振動素子（圧電振動素子）、２ａ…基端部、２ａ…固定側端部、３…パッケージ、４…パッケージ本体（基板）、４ａ…凹所、４ｂ…実装端子、４Ａ…表面実装用基板、４Ｂ…キャップ、５…リッド、６…素子搭載パッド、７…導電性接着剤、Ｌ１…対称軸、Ｌ２…中心線、Ｔ１、Ｔ２…分割領域、１０…圧電基板（水晶基板）、１１…振動基板、１１Ａ…基端部、１１Ｂ…自由端、１１ａ…振動領域（薄肉部）、１２…スリット、１３…厚肉部、１４…凹陥部、２０…支持部、２１…梁部、２１ａ…基端部、２１ｂ…先端部、２２…連結梁部（第２の連結部）、２５…連結部、２６…突出部、３０…固定部、３１…素子搭載パッド、４５…励振電極、４６…リード電極、４６ａ、４６ｂ…端部、５０…第１の凸部、５１…第２の凸部、５５…第１の凸部、６０…ＩＣ部品（半導体素子）、６１…電極、７０…外周壁、７１…外部端子、７２…外部パッド、８０…実装基板、８１…パッド、８２…実装端子、８５…モールド材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動基板の一端縁寄りの部位から二本のアーム状の梁部を対称に突出させた圧電基板を備えた圧電振動素子を基板上に片持ち支持した構造の圧電デバイスの改良に関し、例えば表面実装用基板上に圧電振動素子を接着固定した場合に衝撃等によって発生し易い梁部の折損を解決することができる圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動素子等の圧電振動素子は、水晶振動子（圧電振動子）、水晶発振器（圧電発振器）等の圧電デバイスに組み込まれて使用される。圧電振動素子は、目標とする共振周波数を得る為に好適な厚肉の振動部を有した圧電基板に励振電極やリード電極等を構成する金属膜を蒸着等によって形成した構成を備えている。
表面実装型の圧電振動子は、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージの凹所内に素子搭載パッドを設け、この素子搭載パッド上に塗布した導電性接着剤により圧電振動素子の一端部を接着して片持ち梁状態で支持してから、パッケージ凹所を金属蓋等のリッドにより気密封止した構成を有している。
【０００３】
ところで、表面実装型圧電振動子の小型化、低背化が進むに連れてパッケージ凹所内における圧電振動素子の収納スペースが減少し、素子搭載パッド上に接続固定された圧電振動素子の一端部とは反対側の自由端部と凹所内底面との間のギャップ、或いは圧電振動素子の自由端部とリッドとの間のギャップが狭小化し易くなっている。
このようにパッケージの小容積化が進む中で、従来のように圧電振動素子面が凹所内底面と平行な水平姿勢となるように、或いは自由端部がリッド側に上向き傾斜するように搭載しようとすると、搭載時の搭載角度の僅かな上下方向への傾斜、導電性接着剤の硬化時の応力による影響等によって圧電振動素子の自由端部が凹所内底面、或いはリッド下面に接触し、圧電振動素子の共振周波数が変動するという不具合があった。また、完成品としての圧電デバイスに落下衝撃が加わった時にも圧電振動素子は振動して面方向へ撓みを起こすが、このとき圧電振動素子の自由端部がパッケージ本体内底面、或いはリッドに衝突すると、その瞬間に振動数が変化してずれを起こしたり、破損する虞がある。
【０００４】
特許文献１には、短冊状の圧電基板の中央部に設けた励振電極膜の外周にコ字状のスリットをくり抜き形成することにより、励振電極膜を備えた振動基板と、該振動基板の両側方向に夫々離間した細幅の腕部を形成し前記振動基板を枠で囲繞することにより、この振動基板の一方の端部を自由端とすると共に、前記振動基板の他方の端部を前記枠と連結し、前記枠の前記自由端に対向する部位と、前記振動基板の前記他方の端部を、それぞれパッケージの内底面に固定する両持ち支持でありながら、前記振動基板の一方の端部を自由端とすることができ、前記他方の端部に向けて夫々励振電極膜からリード電極を導出した応力フリータイプの圧電振動素子が開示されている。これによって、あたかも圧電振動素子の一端部だけをパッケージに設けた素子搭載パッド上に接着剤により固定する片持ち梁状の支持を行ったようにすることができ、固定部から振動基板の振動部に伝達されようとする支持応力をスリットにより遮断、緩和することができるため、圧電振動素子をパッケージに固定する際や、圧電振動素子をパッケージ内に封止する際の応力、温度変化、外力に対して周波数の安定度を高めることができる旨が記載されている。
また、特許文献２には、圧電振動素子をパッケージ内に片持ち支持した際に、支持部にて発生する支持応力が励振部に伝達されることを防止するために圧電振動素子にスリットを設けた構成が開示されている。
しかし、特許文献１、２に開示された従来技術にあっては、スリットの存在によって圧電基板に形成される幅の細い部位の機械的強度が低下しているため、落下等による衝撃が加わった際に細くなった部分が折れやすいという欠点がある。特に、衝撃によって捻り方向へ圧電振動素子が変形し易いため、幅の細い部分が更に折れ易くなる。
特許文献３には、パッケージ内に片持ち支持した圧電振動素子の自由端部と対面するパッケージ本体内底面部分に枕部材を突設することにより、衝撃によって圧電振動素子がその厚み方向に振れた際に枕部材との接触によって衝撃を吸収緩和して耐衝撃性を向上するようにした技術が開示されている。
特許文献１、２に示したスリットを有した応力フリータイプの圧電振動素子の耐衝撃性を高めつつ、薄型化されたパッケージ内に収納可能とするために、パッケージ内に片持ち支持した圧電振動素子の振動基板の自由端部に対応するパッケージ本体部位に特許文献３に開示された如き枕部材を突出させることも考えられる。
【０００５】
しかし、薄型化されたパッケージ内において、圧電振動素子の振動基板の自由端部と枕部材との間に微小間隔を保持しつつ支持することは難しく、振動基板が枕部材と常時接触した状態になると、モリブデン等の金属材料から成る枕部材との間の熱膨張係数の違い等によって接触部から振動基板に対して新たな応力が加わってその周波数を変動させる虞がある。また、パッケージに枕部材を設けた場合には、製造段階において、振動基板の自由端部が枕部材と常時接触することがないように適切な間隔を確保するために厳密なギャップコントロールが必要となり、製造手数の増大、不良品発生率の増大、生産性の低下をもたらす虞がある。
つまり、折角、パッケージと圧電振動素子との固定部からの支持応力を解消する構造の圧電振動素子を用いながら、枕部材との間の接触部からの応力により共振周波数に変動がもたらさせるのでは、応力フリータイプとする意味が薄まる。
従って、パッケージの薄型化に対応しながら、特許文献１、２に開示されたスリットを備えた圧電振動素子の耐衝撃性を高めることはこれまで極めて難しいとされていた。
【０００６】
次に、特許文献４には、上面に素子収納用の凹所を備えたケース内にＡＴカット水晶振動素子を片持ち状態で支持するに際して、水晶振動素子の自由端部と対面する凹所内底面に設けた段差状の島部（凸部）と水晶振動素子の自由端部下面とを当接させた構造が提案されている。水晶振動素子は励振電極を搭載した矩形の振動基板と、振動基板の一端縁中央部に対して細い（くびれ状の）第１の連結部を介して連接され且つ振動基板の両側縁に沿ってコ字状に対称に延びる２つの梁部と、を有している。２つの梁部の他端部間は第２の連結部によって連結されることにより２つの梁部は全体として環状となっている。水晶振動素子は２つの梁部の端部間を連結する第２の連結部をパッケージ本体内底面に固定されている。
しかし、特許文献４において、島部が支持するのは前記第１の連結部を回避した両梁部の基端部のみとなっているため、細い第１の連結部に応力が集中し易い構造となっており、パッケージと圧電振動素子との固定部からの支持応力や衝撃によって第１の連結部が折損し易くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−２２６９６３号公報
【特許文献２】特開平０９−３２６６６７号公報
【特許文献３】特開平０３−８８３７３号公報
【特許文献４】特開平１０−２５６８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように短冊状の圧電基板の両主面の中央部に設けた励振電極膜の外周側にコ字状のスリットを貫通形成することにより、励振電極膜を備えた振動基板と、振動基板の両側方に対称形状となるように離間配置された２つの細幅の腕部と、を形成した応力フリータイプの圧電振動素子にあっては、振動基板の自由端部とは反対側の基端部をパッケージに接着して片持ち支持した場合に、衝撃によって腕部が破損し易くなるという問題があった。また、このタイプの圧電振動素子の耐衝撃性を高めるために、圧電振動素子の自由端部と対面するパッケージ本体部位に枕部材を突設することも考えられるが、この場合には周波数の変動を防止するために両者を非接触に保持する必要がある。しかし、薄型化されたパッケージ内で圧電振動素子の自由端部と枕部材との間のギャップを厳密にコントロールすることは難しく、生産性の低下を招く原因となっていた。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、所謂逆メサ型の振動基板の一端縁寄りの部位から振動基板を挟むように二本のアーム状の梁部を線対称に突出させた構成を備えた応力フリータイプの圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に片持ち支持する場合に、従来のように振動基板の自由端部とは反対側の基端部をパッケージに接着固定するのではなく、振動基板から十分に離間した両梁部（支持部）の適所をパッケージに固定することによって固定部と振動基板との間に梁部を介在させて、固定部で発生する支持応力が振動基板に影響を与えないように構成した圧電デバイスを提供することを目的としている。
また、圧電振動素子の自由端部と対面するパッケージ面に枕部材を配置した場合に、振動基板と枕部材との厳密なギャップコントロールを不要として生産性を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１０】
［適用例１］本発明の圧電デバイスは、水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系の前記ｘ軸を中心として、前記ｚ軸を前記ｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、前記ｙ軸を前記ｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ′軸に平行な面で構成され、前記ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなり、前記ｙ´軸方向を厚み方向とする圧電基板と、前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、前記各励振電極から夫々延在されたリード電極と、前記圧電基板を搭載する基板と、を備える圧電デバイスであって、前記圧電基板が、前記振動領域を構成する薄肉部と、該薄肉部の周縁の少なくとも一部に設けられ該薄肉部の厚みよりも厚い厚肉部と、を有した振動基板と、前記振動基板の一方の端部を自由端とし、当該振動基板の前記自由端と対向する端部を他方の端部とし、前記他方の端部寄りの前記振動基板の部位に連結されて該振動基板を支持する支持部と、当該支持部を前記基板に固定するための固定部と、を有し、前記支持部は、前記主面と平行な面内で前記振動基板を挟むように、前記自由端から前記他方の端部に向かう方向に沿って延び、且つ前記振動基板から離間して配置された二つの梁部と、前記振動基板における前記他方の端部側にある当該二つの梁部の夫々の一方の端部と前記振動基板の前記部位とを連結する第１の連結部と、を有し、前記二つの梁部は当該梁部の他方の端部が前記自由端を越えて延在され、当該延在された前記二つの梁部を第２の連結部により連結され、前記固定部は、前記第２の連結部に設けられ、且つ前記基板に対して固定部材により１点支持により固定され、前記固定部よりも前記振動基板の前記他方の端部寄りの前記梁部の特定部位と対向する前記基板の一主面に第１の凸部を設けた、ことを特徴とする。
【００１１】
従来の支持応力フリータイプの圧電振動素子を備えた圧電デバイスにあっては、振動基板の自由端部とは反対側の端部に固定部を設けていた。このため、基板と圧電基板との固定部が振動基板の振動領域と直近となっており、固定部からの支持応力が振動領域に影響を与えて共振周波数に影響を与えることがあった。また、この不具合に対処するために、２つの梁部を基板に夫々固定する構成を採用することがあったが、絶縁基板や固定部材との線膨張係数の違いにより支持応力が振動領域に悪影響を及ぼしたり、外力により梁部が折損することがあった。本発明では、逆メサ型振動基板の自由端部寄りの支持部中央部に一箇所だけ固定部を設けたので、固定部と振動領域との間に支持応力をキャンセルするに十分な距離を確保することができる。固定部は、他方の分割領域内に位置する支持部の特定部位に設けることにより、振動領域への悪影響を回避することができる。また、第１の凸部を基板側に設けて圧電基板の自由端寄りの支持部と対向配置することにより、仮に支持部が第１の凸部に接触したとしても接触部からの応力が振動領域に伝搬されて共振周波数を変動させる不具合を解消することができる。また、支持部を第１の凸部に接触させた状態での組付けが可能となることにより、組付け手数を低減して生産性を向上できる。また、支持部を第１の凸部と常時接触させることにより、圧電振動素子をパッケージ等に収納する際にパッケージの薄型化を達成することが可能となる。
【００１２】
［適用例２］本発明に係る圧電デバイスは、前記二つの梁部の延びる方向は、前記ｚ´軸に平行な方向であることを特徴とする。
【００１３】
このような構成を採用することにより、逆メサ型の振動基板の特性を最大限に発揮させることが可能となる。
【００１４】
［適用例３］本発明に係る圧電デバイスは、前記基板の一方の主面には、前記振動基板の自由端と対向する部分に第２の凸部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
圧電デバイスの落下時等に圧電振動素子に加わる衝撃によって圧電振動素子が捻れ方向に変形すると、いずれか一方の第１の凸部と圧電振動素子との接触部を支点として応力が発生し、梁部、或いは振動基板が折損する虞がある。本発明では、振動基板の変形時にその自由端と接触して応力を緩衝する第２の凸部を設けたので、折損の発生を防止できる。
【００１６】
［適用例４］本発明に係る圧電デバイスは、前記第２の凸部は、前記振動基板の自由端の両側端部に対向するように、前記基板の一方の主面に夫々設けられていることを特徴とする。
【００１７】
第２の凸部の形成位置は、種々選定可能である。
【００１８】
［適用例５］本発明に係る圧電デバイスは、一方の前記リード電極は、前記固定部まで延在されて、前記基板に設けた２つの電極パッドのうちの一方の電極パッドと前記固定部材により電気的機械的に接続され、他方の前記リード電極は他方の電極パッドとワイヤーで電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
２つのリード電極は全て固定部において基板に接続してもよいが、一方のリード電極を固定部にて電気的機械的に接続し、他方のリード電極は他の部位で電気的に接続してもよい。
【００２０】
［適用例６］本発明に係る圧電デバイスは、少なくとも一以上の電子部品を備えてなることを特徴とする。
【００２１】
圧電振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
【００２２】
［適用例７］本発明に係る圧電デバイスは、前記電子部品が、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかであることを特徴とする。
【００２３】
圧電振動子に対してこれらの電子部品を付加したユニットを構築することにより、ユーザーの多用なニーズを満たすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る圧電デバイスの一例としての水晶振動子の外観斜視図、縦断面図、要部平面図、及び水晶振動素子の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はパッケージ本体の平面図、及びパッケージの正面縦断面図である。
【図３】水晶の結晶軸ｘｙｚと、ＡＴカット水晶基板との関係を説明するための図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子の構成を示す平面図である。
【図５】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子（圧電振動子）の要部平面図、水晶振動素子が水平搭載された状態を示す要部縦断面図、及び水晶振動素子が斜め搭載された状態を示す要部縦断面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図５の変形実施形態に係る圧電デバイスの要部平面図、水晶振動素子が水平搭載された状態を示す要部縦断面図、及び水晶振動素子が斜め搭載された状態を示す要部縦断面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の構成を示す要部平面図、及び縦断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の縦断面図、及び要部平面図である。
【図９】本発明の水晶振動素子（圧電振動素子）を用いた水晶発振器の他例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の水晶振動素子（圧電振動素子）を用いた水晶発振器の他例を示す縦断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る圧電デバイスについて詳細に説明する。
図１（ａ）乃至（ｄ）は本発明に係る圧電デバイスの一例としての水晶振動子の外観斜視図、要部平面図、縦断面図、及び水晶振動素子の構成を示す斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はパッケージ本体の平面図、及びパッケージの正面縦断面図である。
本例に係る圧電デバイス１は、水晶振動子（圧電振動子）であり、水晶振動子１は、表面実装用のパッケージ（基板）３内に水晶振動素子２を一方の端部を自由端とし、他方の端部を１点で支持した一点支持の構成を備えている。尚、一点支持とは、水晶振動素子２を一箇所だけで基板に支持固定したことを言う。つまり、固定部３０の一箇所とパッケージ（基板）の電極パッド６とを固定部材により固定し、水晶振動素子２を支持している。
パッケージ（基板）３は、セラミック等の絶縁材料から成り上面に凹所４ａを有すると共に底面（裏面）に実装端子４ｂを備えた表面実装用のパッケージ本体（基板）４と、パッケージ本体４の凹所外周（コバール壁）の上面に固定されて凹所を封止するリッド５と、を概略備えている。
水晶振動素子２は、表裏関係にある二つの主面、及び二つの主面を連結する側面を備えた厚み滑り振動を主振動とする水晶基板（圧電基板）１０と、水晶基板１０の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極４５、及び各励振電極４５から水晶基板面の他の部位に引き出されたリード電極４６と、を備えている。
【００２６】
水晶基板１０は、短冊状の水晶基材をエッチングによって加工することによって図示の如き形状に形成される。
水晶基板１０は、面積の略中央部に薄肉状の振動領域１１ａを有する所謂逆メサ型の振動基板（励振部）１１と、振動基板１１の一方の端部を自由端とし、当該振動基板１１の前記自由端と対向する端部を他方の端部とし、前記他方の端部寄りの前記振動基板の部位１１Ａに連結されて該振動基板を支持する支持部２０と、支持部２０をパッケージ本体４の内底面に設けた単一の素子搭載パッド６上に導電性接着剤７、或いはバンプ等の固定部材を用いて固定するための単一の固定部３０と、を有する。即ち、水晶基板１０は、表裏に励振電極４５を備えた例えば矩形の振動領域（薄肉部）１１ａ、及び振動領域１１ａの外周縁の少なくとも一辺（本例ではコ字状の３辺）に一体化された厚肉部１３を有した矩形の振動基板１１と、振動基板の外周にコ字状にスリット１２を形成することによって振動基板１１の基端部１１Ａ寄りの適所から線対称に延びて振動基板１１を挟むように離間配置された支持部２０と、を備え、支持部２０の一端寄りの特定部位を素子搭載パッド（電極パッド）６上に固定される固定部３０としている。
本例に係る水晶基板１０は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系の前記ｘ軸を中心として、前記ｚ軸を前記ｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、ｙ軸をｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、ｘ軸と前記ｚ′軸に平行な面で構成され、ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなり、ｙ´軸方向を厚み方向としている。
【００２７】
振動基板１１は、薄肉状の振動領域（薄肉部）１１ａの少なくとも一辺に対して厚肉部１３を一体化した所謂逆メサ型であり、ｚ′軸に平行な辺を長辺とし、ｘ軸に平行な辺を短辺としている。
本例に係る振動基板１１は、振動領域（薄肉部）１１ａと、振動領域１１ａの３辺、即ちｘ軸に沿った一辺と、ｚ′軸に沿った二辺に夫々沿ってコ字状に一体化された３本の厚肉部１３と、を有する。従って、ｘ軸と平行な他の一辺（振動基板の自由端部１１Ｂ）側は開放されている。このように振動基板の一辺に厚肉部１３が存在しないため、一つの厚肉部の幅寸法分だけ小型化が可能となる。
支持部２０は、水晶基板１０の主面と平行な面内で振動基板１１を挟むように、振動基板から離間して配置された細幅帯状の二本の梁部２１と、各梁部２１と振動基板の基端部（厚肉部）１１Ａとを連結する第１の連結部２５と、各梁部の延在された端部間を連結する第２の連結部（連結梁部）２２と、を有する。各梁部２１は、水晶基板の重心Ｃを通る対称軸Ｌ１を中心として互いに線対称となるように、振動基板１１の両側方に位置している。
【００２８】
第１の連結部２５は、水晶基板１０の主面と平行な面内で振動基板１１の重心Ｃを通る一つの中心線Ｌ２を境にして二分した分割領域Ｔ１、Ｔ２のうち、いずれか一方の分割領域Ｔ１内にある振動基板の端縁（基端部１１Ａ）寄りの部位に位置している。第２の連結部２２は、他方の分割領域Ｔ２内にある。本例における中心線Ｌ２は、梁部２１の延びる方向と直交する方向であるが、中心Ｃを通り且つ水晶基板の主面と平行な面内を通る直線であれば、どのような方向へ延びる直線であってもよい。
二つの梁部２１は、一方の分割領域Ｔ１から他方の分割領域Ｔ２に向けて、振動基板の自由端を越えて延在されている。即ち、各梁部２１は、基端部２１ａが他方の分割領域Ｔ２内に位置し、各梁部２１の先端部２１ｂは一方の分割領域Ｔ１内に位置しており、固定部３０は、他方の分割領域Ｔ２内に位置する梁部の特定部位（第２の連結部２２）に設けられている。本例に係る各梁部２１は、その基端部２１ａ、及び先端部２１ｂが夫々Ｌ字状に屈曲したコ字状をなしている。本例では、２つの梁部２１はその基端部２１ａ間を連結梁部（第２の連結部）２２によって連結され、且つ先端部２１ｂ間を第１の連結部２５により連結されているので、支持部２０は全体として矩形環状をなしている。固定部３０は各梁部２１の基端部２１ａに相当する部位、即ち第２の連結部２２の中央部に一箇所設けられており、固定部３０には、一方（裏面側）の励振電極４５から延びるリード電極４６の端部４６ａが位置しているため、パッケージ本体側に設けた素子搭載パッド６に対して導電性接着剤７、或いは、バンプ等の固定部材によって電気的機械的に接続することができる。他方（表面側）の励振電極４５から延びるリード電極４６の端部４６ｂは第２の連結部２２の手前で終端しており、ボンディングワイヤーＷを用いてパッケージ本体４の内底面に配置した素子搭載パッド（電極パッド）３１と電気的に接続されている。
【００２９】
本例の水晶振動素子２にあっては、支持部２０を構成し、２つの長尺な梁部２１の各々の一方の端部２１ａを連結する第２の連結部２２の中央部に設けた固定部３０と、振動基板１１との間、及び前記２つの長尺な梁部２１の各々と振動基板１１との間には、スリット１２が設けられ、前記２本の長尺な梁部２１の他方の端部２１ｂを連結する第１の連結部２５が前記振動基板１１の基端部１１Ａが接続されており、固定部３０から基端部１１Ａまでの距離を折り返し部である前記端部２１ａを介して長くしているので、固定部３０をパッケージ本体の凹部の内底面に配置された素子搭載パッド６に固定したときに生じる支持に起因した内部応力が振動領域１１ａに及ぼす影響が大幅に減殺されるように構成されている。
更に、本発明においては、支持部２０の適所と対面するパッケージ本体部位に枕部材として機能する第１の凸部５０を設けている構成も特徴的である。即ち、本例では、固定部３０よりも振動基板の基端部１１Ａ寄りの梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体内底面（表面実装基板面）に第１の凸部（枕部材）５０を設けている。第１の凸部５０は、固定部３０を素子搭載パッド６上に接着固定した際に水晶振動素子の自由端部（固定側端部２ａとは反対の反端側端）２ｂが下向きに傾斜し過ぎないように梁部２１の適所と接触するストッパーとして機能する突起である。
【００３０】
第１の凸部５０は、セラミック等から成るパッケージ本体を焼成する前に、パッケージ本体内底面に相当する部分にスクリーン印刷によって予め印刷されるモリブデン、タングステン等の金属から構成される。水晶振動素子２を素子搭載パッド６上に固定する際には、水晶と金属との熱膨張係数差に起因して水晶基板に歪みが発生することを避けるため、梁部２１（支持部２０）は可能な限り第１の凸部５０と離間していることが好ましいが、仮に梁部２１が第１の凸部５０と接触した状態で水晶振動素子が固定されたとしても、第１の凸部と梁部２１との接触部は振動基板の振動領域１１ａから十分に離間しているため、接触部からの応力が振動領域１１ａの共振周波数を変動させることはない。このように本発明においては水晶振動素子を枕部材としての第１の凸部５０と接触させた状態でパッケージを気密封止して製品を完成させることができるため、水晶振動素子を接着する際に第１の凸部との間のギャップコントロールを精密に行う必要がなくなり、生産性を高めることが可能となる。
なお、本発明に係る水晶基板からなる励振基板１１は厚みすべり振動を主振動とするものであり、励振電極４５により励振される主振動の振動変位エネルギーは、励振電極４５の中央部Ｃにおいて最大であり、中央部Ｃから離反するにつれて減衰し、振動変位エネルギーが同値である部分をプロットすると、中央部Ｃを中心とする略相似形の複数の等力線と称される楕円が描かれる。即ち、主振動のエネルギー分布が振動領域１１ａの中心部Ｃを中心とした楕円状（図１（ｂ）中に図示）となる。このため、励振基板１１の中央近傍、即ち機械的エネルギーの最大部分から最も離れている部位と対応するパッケージ本体の凹部の内底面の基板面に第１の凸部５０を設けることが、圧電効果の減少を最小に抑制し、安定した特性の維持が図る上で有効である。そのため、水晶基板がより小型化されても、特性の安定、及び圧電効果の維持が可能である。
【００３１】
ＡＴカット水晶基板１０は、図３に示すように、ｘｚ平面を、ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料（例えば、人工水晶）から切り出された平板である。ここで、例えばθ＝３５°１５′（θ＝２０°〜４０°）である。なお、ｙ軸およびｚ軸もｘ軸周りにθ回転させて、それぞれｙ′軸およびｚ′軸とする。したがって、ＡＴカット水晶基板１０は、結晶軸（ｘ，ｙ′，ｚ′）軸を有する。ＡＴカット水晶基板１０は、ｙ′軸に直交するｘｚ′面（ｘ軸およびｚ′軸を含む面）が主面（励振面）となり、厚み滑り振動を主振動として振動することができる。このＡＴカット水晶基板１０を加工して、水晶基板（圧電基板）１０を得ることができる。
すなわち、水晶基板１０は、図３に示すように水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系のｘ軸を中心として、ｚ軸をｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、ｙ軸をｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、ｘ軸とｚ′軸に平行な面で構成され、ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００３２】
水晶基板１０は、図１（ｄ）に示すように、ｙ′軸に平行な方向（以下「ｙ′軸方向」ともいう）を厚み方向として、ｘ軸に平行な方向（以下「ｘ軸方向」ともいう）を短辺とし、ｚ′軸に平行な方向（以下「ｚ′軸方向」ともいう）を長辺とする矩形の形状を有する。
なお、本例では、梁部２１の先端部（固定部３０から最も離間した部位）２１ｂに相当するパッケージ本体部位に第１の凸部５０を突設した例を示したが、各梁部２１の先端部よりも固定部３０寄りの部位に相当するパッケージ本体部位に第１の凸部５０（図１（ｂ）中に破線図示）を設けたとしても、第１の凸部５０と梁部との接触部からの接触応力が振動領域１１ａに伝搬することをキャンセルする効果を十分に発揮することができる。つまり、第１の凸部５０と梁部との接触部からの接触応力は、梁部及び第１の連結部２５で完結し、振動領域１１ａに伝搬することがない。但し、第１の凸部５０を各梁部２１に対応するパッケージ本体部位に夫々設ける場合には、各第１の凸部５０の位置は、各梁部２１の長手方向に沿った同一位置となるようにする。このように各梁部２１の長手方向同一位置にある第１の凸部５０の緩衝作用によって、水晶振動子１に衝撃が加わった際における各梁部の折損を効果的に防止することができる。
なお、第１の連結部２５の中間部と対面するパッケージ本体部位に第１の凸部５０を一個だけ設けても、同様に連結部と第１の凸部５０との接触部に発生する応力が振動領域１１ａに与える影響を少なくすることができる。
要するに、パッケージ本体側（表面実装用基板側）に設ける第１の凸部５０は、水晶振動素子２の支持部２０を構成する各梁部２１の任意の部位と対向する位置、或いは第１の連結部２５の任意の部位と対向する位置に設けることができる。
【００３３】
以上のように支持部２０の適所と対面するパッケージ本体部位に第１の凸部５０を設けたことにより、水晶振動素子２をパッケージに搭載する際に水晶振動素子と第１の凸部５０との接触の有無、ギャップを厳密にコントロールする必要がなくなる。特に、水晶振動素子を第１の凸部と接触させても支障がないため、パッケージの薄型化を実現することができる。即ち、水晶振動素子を第１の凸部５０と接触させないために水晶振動素子は水平に（パッケージ本体内底面と平行に）搭載するが、水平搭載を意図した場合であっても実際にはその自由端部はパッケージ本体内底面側、或いはリッド側の何れかに傾いて固定されることがある。この搭載角度のバラツキを予め考慮してパッケージの内部高さは大きめに設計されているが、水晶振動素子が第１の凸部５０と接触してもよいことになれば、リッド側への傾斜を全く考慮する必要がなくなり、パッケージを薄型化することができ、水晶振動子をより低背化することができる。
【００３４】
次に、図４（ａ）（ｂ）は何れも本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子の構成を示す平面図である。
まず、図４（ａ）の水晶振動素子２は、第１の連結部２５を間に挟んで振動基板１１と反対側に突出部２６を備えた構成を有している。換言すれば、振動基板１１の基端部側の両側縁から夫々Ｌ字状に梁部２１を突出させた構成を有している。要するに、梁部２１の先端部２１ｂの位置は図１の実施形態のように振動基板の基端縁と同等の位置であってもよいし、図４（ａ）のように振動基板の基端縁よりも自由端部１１Ｂ寄りの両側縁であってもよい。このように構成した水晶振動素子２の支持部２０の一部、例えば両梁部２１の基端部２１ａを固定部３０としてパッケージ本体に接着固定して片持ち梁状に支持した場合には、固定部３０からの支持応力が振動基板の振動領域（薄肉部）１１ａに影響を及ぼすことが無く、共振周波数の変動は発生しなかった。また、固定部３０よりも振動基板の基端部１１Ａ寄りの梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体内底面（表面実装基板面）に第１の凸部（枕部材）５０、或いは後述する第２の凸部５１を設けることにより、第１の凸部と水晶基板の自由端部とが接触した場合であっても、接触部からの応力が振動領域１１ａに悪影響（共振周波数の変動）を及ぼすことがないことが確認できた。
【００３５】
次に、図４（ｂ）の水晶振動素子２は、第１の連結部２５の幅を振動基板１１の基端部１１Ａの幅よりも狭くしている。換言すれば、水晶基板面に形成したコ字状のスリット１２の２つの端部をＬ字状に屈曲させることにより、幅の狭い第１の連結部２５を形成した構成を備えている。このように構成した水晶振動素子２の支持部２０の一部、例えば両梁部２１の基端部２１ａをパッケージ本体に接着固定して片持ち梁状に支持した場合には、固定部３０からの支持応力が振動基板の振動領域１１ａに影響を及ぼすことは無く、共振周波数の変動は発生しなかった。また、固定部３０よりも振動基板の基端部１１Ａ寄りの梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体内底面（表面実装基板面）に第１の凸部（枕部材）５０を設けることにより、第１の凸部と水晶基板の自由端部とが接触した場合であっても、接触部からの応力が振動領域１１ａに悪影響を及ぼすことがないことが確認できた。
【００３６】
次に、図５（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスとしての水晶振動子（圧電振動子）の要部平面図、水晶振動素子が水平搭載された状態を示す要部縦断面図、及び水晶振動素子が斜め搭載された状態を示す要部縦断面図である。
この実施形態に係る水晶振動子１は、振動基板１１の自由端１１Ｂと対向（対面）するパッケージ本体内底面（表面実装用基板面）の部位に第２の凸部５１を備えた構成が特徴的である。
第２の凸部５１が存在しない場合には、落下衝撃により水晶振動素子が捻れ応力を受けた時に、２つの第１の凸部５０のうちの一方の第１の凸部５０を支点として梁部２１や振動基板１１が折れる虞があるが、第２の凸部５１が存在する場合には衝撃によって水晶振動素子が捻れ方向へ変形しようとしても第２の凸部５１が振動基板１１の自由端１１Ｂと接触して変形にストップをかけることができるため、梁部、或いは振動基板の折損を防止できる。
【００３７】
また、本実施形態では振動基板１１と支持部とを連結する第１の連結部２５が、特許文献４のような細いくびれ状になっていないため、第１の連結部２５が固定部３０に発生する応力や、振動、衝撃によって折損することが防止されている。逆に言えば、第１の連結部２５が細いくびれ状になっている場合には、折損し易くなる。しかし、第２の凸部５１によって振動基板１１の自由端部下面を支持可能に構成することにより、図４（ｂ）に示すような第１の連結部２５を細いくびれ状に構成したとしても、折損する虞を大幅に低減することができる。
なお、図５（ｂ）に示すように第２の凸部５１は常時において振動基板１１と非接触状態に保つのが好ましいが、素子搭載パッド６上に水晶振動素子２の一端部を導電性接着剤７上に乗せて接着するため、導電性接着剤の厚み分だけ水晶振動素子の基端部２ａの高さを確保することができる。このため、図５（ｃ）のように水晶振動素子の自由端部２ｂを第１の凸部５０上に接触させたとしても、図示のように第２の凸部５１と振動基板１１との接触を回避することができる。
【００３８】
これを更に詳述すれば、パッケージの製造時には、焼成前にパッケージ本体内底面（セラミックシート）上にスクリーン印刷によって素子搭載パッド６、第１の凸部５０、及び第２の凸部５１を構成するモリブデン、タングステン等の金属ペーストを印刷し、これを焼成によって硬化させる。更に、電界メッキによって、素子搭載パッド６用の金属部分の表面にだけ、ニッケルメッキ層（約１０μｍ）、金メッキ層（約０．５μｍ）を順次形成する。このため、素子搭載パッド６の高さは第１及び第２の凸部５０、５１よりも約１０μｍ高くなっている。ここで、素子搭載パッド６の高さに更に導電性接着剤７の厚み分が加わるため、水晶振動素子２の基端部２ａの高さを十分に確保することができ、その結果、振動基板１１と第２の凸部５１との常時接触を確実に回避することが可能となる。
なお、図５の実施形態では、第１の凸部５０を支持部２０の先端部寄り位置（梁部の先端部寄り位置）と対向するパッケージ本体部位に設けた例を示したが、これは一例に過ぎない。即ち、図５（ａ）中に破線で示すように、第１の凸部５０を、第２の凸部５１と第１の連結部２５との間の領域内に位置する各梁部２１の特定部位と対向するパッケージ本体部位に配置してもよい。つまり、第１の凸部５０は、支持部２０の先端部寄り位置よりも固定部寄り位置に配置しても、枕部材としての機能を発揮することができる。
また、図５の実施形態に係る水晶振動子の構造は、図４（ａ）（ｂ）に夫々示した水晶振動素子の支持構造にも適用することができる。
【００３９】
次に、図６（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は図５の変形実施形態であり、第２の凸部５１を薄肉の振動領域１１ａを回避した厚肉部１３の下面のみと対面するパッケージ本体上面に配置した構成が特徴的である。
このように構成することにより、第２の凸部５１との接触により周波数の変動をもたらす虞がある薄肉の振動領域１１ａへの悪影響がなくなるので、周波数の安定化が期待できる。
【００４０】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子１の構成を示す要部平面図、及び縦断面図である。
この実施形態に係る水晶振動子１は、第１の凸部５５を、パッケージ本体内底面（表面実装用基板面）と対向する支持部２０の特定部位に設けた構成が特徴的である。換言すれば、第１の凸部５０をパッケージ本体内底面ではなく、パッケージ本体内底面と対向する水晶振動素子の支持部２０に設けたものである。
本例における第１の凸部５５の形成位置としては、各梁部２１の先端部２１ｂに相当する部位（二箇所）を例示しているが、梁部の先端部２１ｂ間に位置する第１の連結部２５の下面に一個設けても良い。
第１の凸部５５を水晶振動素子の支持部２０に形成するには、エッチングによる製造方法が適している。即ち、水晶基板１０の加工前の母材として支持部２０と第１の凸部５５とを合わせた厚みを有した水晶板を用意し、この水晶板に所要のマスクを施してエッチングを行うことにより、第１の凸部５５に相当する部位を厚く加工する。振動基板１１の振動領域（薄肉部）１１ａについては所望の共振周波数を得るのに必要な肉厚に設定するために十分な程度にエッチングを行えばよい。
【００４１】
本実施形態によれば、梁部２１下面の適所、或いは第１の連結部２５の中央部下面に、枕部材として機能する第１の凸部５５を突設したことにより、仮に第１の凸部５５がパッケージ本体内底面に接触した状態で水晶振動素子が固定されたとしても、第１の凸部５５とパッケージ本体内底面との接触による応力が振動基板の振動領域１１ａに悪影響を及ぼして共振周波数を変動させる虞がなくなる。このため、水晶振動素子をパッケージ本体に搭載する際のギャップコントロールが不要、或いは容易となり、製造手数を低減して量産性を高めることができる。
なお、第１の連結部２５の中間部に第１の凸部５５を一個だけ設けても、同様に第１の凸部５５とパッケージ本体内底面との接触部に発生する応力が振動領域１１ａに与える影響を少なくすることができる。或いは、両梁部２１と第１の連結部２５に跨って延在する長尺の第１の凸部５５を設けても良い。
なお、図７の実施形態に係る水晶振動子の構造は、図４（ａ）（ｂ）に夫々示した水晶振動素子の支持構造にも適用することができる。
【００４２】
次に、図８（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動子の縦断面図、及び要部平面図であり、この実施形態では、パッケージ３を構成する表面実装用基板４Ａの上面に設けた第１の凸部５０と、逆メサ型の水晶振動素子２の支持部２０側に設けた第１の凸部５５を併用している。例えば、表面実装用基板４Ａ側には図１に示したように両梁部２１に対向する部位に第１の凸部５０を設ける一方で、水晶振動素子には第１の凸部５０と対面する位置に第１の凸部５５を設ける。このように構成した結果、水晶振動素子２がパッケージ本体側に傾斜した際に、第１の凸部５５が第１の凸部５０と接触することとなるが、接触部の応力は振動領域１１ａに伝搬されることがない。即ち、この場合にも、図１の実施形態、或いは図７の実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、この実施形態に係るパッケージ３は、平板状の表面実装用基板４Ａの上面を包囲するように逆椀形のキャップ４Ｂを被せた構成を備えている。上記各実施形態に係る水晶振動素子はこのタイプのパッケージ３にも適用することができる。
図８の実施形態に係る水晶振動子の構造は、図４（ａ）（ｂ）に夫々示した水晶振動素子の支持構造にも適用することができる。
【００４３】
以上説明したように本発明の圧電デバイスにあっては、従来の支持応力フリータイプの圧電振動素子を備えた圧電デバイスのように振動基板の自由端部とは反対側の端部に固定部を設けない。本発明では、振動基板の自由端部１１Ｂ寄りの支持部２０の中央部に固定部３０を一箇所設けたので、固定部と振動領域（薄肉部）１１ａとの間に支持応力をキャンセルするに十分な距離を確保することができる。固定部３０は、他方の分割領域Ｔ２内に位置する支持部の特定部位に一箇所設けることにより、振動領域への悪影響を回避することができる。水晶基板と、パッケージ本体や接着剤との線膨張係数が違うことにより発生した支持応力が梁部を経由して振動領域１１ａに伝搬して悪影響を与える不具合を、一箇所の固定部３０による一点支持とすることにより解決することができる。
また、第１の凸部５０を表面実装用基板側に設けて圧電基板の自由端寄りの支持部と対向配置することにより、仮に支持部が第１の凸部に接触したとしても接触部からの応力が振動領域に伝搬されて共振周波数を変動させる不具合を解消することができる。支持部を第１の凸部に接触させた状態での組付けが可能となることにより、組付け手数を低減して生産性を向上できる。また、支持部を第１の凸部と常時接触させることにより、圧電振動素子をパッケージ等に収納する際にパッケージの薄型化を達成することが可能となる。
【００４４】
また、第１の凸部を配置する位置として、支持部２０を構成する梁部２１の特定部位と対向する表面実装用基板面を選定することにより、梁部と第１の凸部との接触部からの応力が振動領域に伝搬することを確実に防止することが可能となる。
また、表面実装用基板側に第１の凸部を設ける代わりに、表面実装用基板面と対向する支持部の適所に第１の凸部を配置することにより、支持部側に設けた第１の凸部に枕部材としての機能を発揮させるようにしてもよい。圧電振動素子を表面実装用基板面に固定する際における組付け手数の低減と、パッケージの薄型化を達成することが可能となる。
また、第１の凸部を配置する位置を支持部を構成する梁部２１に選定することにより、第１の凸部と表面実装用基板との接触部から振動領域が十分に離間することとなり、振動領域への影響を回避することができる。支持部側に設けた第１の凸部を表面実装基板側に設けた第１の凸部と対面、接触させるように構成してもよい。
【００４５】
また、圧電デバイスの落下時等に圧電振動素子に加わる衝撃によって圧電振動素子が捻れ方向に変形すると、いずれか一方の第１の凸部と圧電振動素子との接触部を支点として応力が発生し、梁部、或いは振動基板が折損する虞がある。本発明では、振動基板の変形時にその自由端と接触して緩衝する第２の凸部を設けたので、折損の発生を防止できる。
また、第１の凸部の設置箇所は、梁部の先端部よりも第２の凸部寄りの部位と対向する表面実装用基板面に設けてもよい。
また、第１の凸部の設置箇所は、梁部の先端部よりも第２の凸部寄りの部位に設けてもよい。
【００４６】
次に、本発明に係る圧電デバイスとして上記実施形態では、圧電振動子（水晶振動子）を例示したが、圧電振動子に発振回路を組み付けた構造の圧電発振器にも本発明を適用することができる。
即ち、図８（ａ）中に破線で示したように水晶振動素子２の直下に形成されるスペースを利用して発振回路を構成するＩＣ部品（電子部品）６０をパッケージ本体４上に搭載することにより水晶発振器を構築することができる。
本発明の圧電振動子１と、発振回路を搭載したＩＣ部品（半導体素子）６０と、パッケージ３と、を備えた圧電発振器を構成すると、小型、低背化した低コストの圧電発振器が得られるという効果がある。
或いは、上記スペース内に配置する電子部品として、ＩＣ部品６０に代えて、サーミスター（感温素子）、コンデンサー、リアクタンス素子等のチップ部品を配置することによって、電子部品付きの水晶振動子（圧電デバイス）を構築してもよい。
このように水晶振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
特に、電子部品として、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかを選定することにより、ユーザーの多用な需要を満たすことが可能となる。
【００４７】
次に、図９は本発明の水晶振動素子（圧電振動素子）を用いた水晶発振器の他例を示す縦断面図である。なお、図１と同一箇所には同一符号を付してある。
この水晶発振器を構成するパッケージ３は、パッケージ本体４の外底面に環状の外周壁７０を一体化した略Ｈ型の構成を備えており、パッケージ本体４の外底面に発振回路を構成するＩＣ部品（半導体素子）６０を搭載している。
外周壁７０の底面には実装端子７１が設けられ、外周壁７０の内側に形成されるパッケージ本体の外底面に形成した外部パッド７２には、ＩＣ部品６０上の電極６１がボンディングワイヤーＷによって接続されている。
なお、ＩＣ部品６０に代えて、サーミスター（感温素子）、コンデンサー、リアクタンス素子等のチップ部品を配置することによって、電子部品付きの水晶振動子（圧電デバイス）を構築してもよい。
このように水晶振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
特に、電子部品として、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかを選定することにより、ユーザーの多用な需要を満たすことが可能となる。
【００４８】
次に、図１０は本発明の水晶振動素子を用いた水晶発振器の構成を示す縦断面図である。なお、図１と同一箇所には同一符号を付してある。
この水晶発振器（圧電発振器）では、パッケージ本体４の外底面に設けた各底部端子４ｃと実装基板８０上のパッド８１との間を電極球によって電気的機械的に接続している。更に、実装基板８０の中央に発振回路を構成するＩＣ部品（半導体素子）６０を搭載した状態で、実装基板上面、パッケージ３の外周面全体をモールド材８５により被覆している。符号８２は実装端子である。
なお、ＩＣ部品６０に代えて、サーミスター（感温素子）、コンデンサー、リアクタンス素子等のチップ部品を配置することによって、電子部品付きの水晶振動子（圧電デバイス）を構築してもよい。
このように水晶振動子に対して、種々の電子部品を付加したユニットを構築することにより、多種類の圧電デバイスを得ることができる。
特に、電子部品として、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかを選定することにより、ユーザーの多用な需要を満たすことが可能となる。
【００４９】
次に、図１１（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。なお、図１等の実施形態に示した水晶振動素子と同一部分には同一符号を付してある。
この実施形態に係る水晶振動素子２は、矩形の振動基板１１の一つの主面の中央部に、例えば、矩形の凹陥部１４を形成することによって凹陥部の底面に薄肉の振動領域（薄肉部）１１ａを形成し、且つ振動領域１１ａの四辺に沿って厚肉部１３を一体化した構成を備えている。尚、薄肉部の外形を矩形としたが、これに限定するものではなく、台形、６角形、等、任意に設定することが可能であることはいうまでもない。
この水晶振動素子２を、図１乃至図１０に夫々示した各実施形態における支持構造によってパッケージ本体上に搭載することによって、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
【００５０】
次に、図１２（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。なお、図１等の実施形態に示した水晶振動素子と同一部分には同一符号を付してある。
この実施形態に係る水晶振動素子２は、矩形の振動基板１１の薄肉の振動領域（薄肉部）１１ａの一辺、本例ではｘ軸に沿った一辺だけを厚肉部１３によって支持し、他の３辺は薄肉状となっている。
この水晶振動素子２を、図１乃至図１０に夫々示した各実施形態における支持構造によってパッケージ本体上に搭載することによって、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
【００５１】
次に、図１３（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子（圧電振動素子）の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。なお、図１等の実施形態に示した水晶振動素子と同一部分には同一符号を付してある。
上記の全ての実施形態では、薄肉の振動領域（薄肉部）１１ａと厚肉部１３を有した振動基板１１のｘ軸に沿った一辺を振動基板の基端部１１Ａとして、この基端部に支持部２０との第１の連結部２５を設けている。これに対して、本実施形態ではｚ′に沿った一つの厚肉部１３を振動領域の基端部１１Ａとし、この基端部に支持部２０との第１の連結部２５を設けている。
【００５２】
また、矩形の振動領域１１ａのｘ軸に沿った一辺を除いた３辺を厚肉部１３により保持一体化することによって、ｘ軸に沿った前記一辺は一方の梁部２１と対向している。
この水晶振動素子２を、図１乃至図１０に夫々示した各実施形態における支持構造によってパッケージ本体上に搭載することによって、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
なお、上記各実施形態では、逆メサ型の振動基板１１の一端寄りの部位から振動基板を挟むように二本のアーム状の梁部を線対称に突出させた構成を備えた応力フリータイプの水晶振動素子を基板上に片持ち支持するに際して、環状の連結された二本の梁部の第２の連結部２２を基板上に固定するようにした例を示したが、平板状、即ち短冊状の振動基板を備えた応力フリータイプの水晶振動素子を同様の支持構造によって基板上に支持した場合にも、支持応力や外力によって梁部が折損するという不具合を解消することができる。
また、上記実施形態では水晶振動素子を搭載する手段として上面に凹所４ａを有した表面実装用の基板（パッケージ本体）４を例示したが、平坦な基板の表面に水晶振動素子を搭載し、この水晶振動素子を含む基板表面上の空間を逆椀状の金属蓋によって気密封止したタイプであってもよい。或いは機器のマザーボード（基板）上に水晶振動素子を直接搭載するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…圧電デバイス（水晶振動子）、２…水晶振動素子（圧電振動素子）、２ａ…基端部、２ａ…固定側端部、３…パッケージ、４…パッケージ本体（基板）、４ａ…凹所、４ｂ…実装端子、４Ａ…表面実装用基板、４Ｂ…キャップ、５…リッド、６…素子搭載パッド、７…導電性接着剤、Ｌ１…対称軸、Ｌ２…中心線、Ｔ１、Ｔ２…分割領域、１０…圧電基板（水晶基板）、１１…振動基板、１１Ａ…基端部、１１Ｂ…自由端、１１ａ…振動領域（薄肉部）、１２…スリット、１３…厚肉部、１４…凹陥部、２０…支持部、２１…梁部、２１ａ…基端部、２１ｂ…先端部、２２…連結梁部（第２の連結部）、２５…連結部、２６…突出部、３０…固定部、３１…素子搭載パッド、４５…励振電極、４６…リード電極、４６ａ、４６ｂ…端部、５０…第１の凸部、５１…第２の凸部、５５…第１の凸部、６０…ＩＣ部品（半導体素子）、６１…電極、７０…外周壁、７１…外部端子、７２…外部パッド、８０…実装基板、８１…パッド、８２…実装端子、８５…モールド材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系の前記ｘ軸を中心として、前記ｚ軸を前記ｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、前記ｙ軸を前記ｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ′軸に平行な面で構成され、前記ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなり、前記ｙ´軸方向を厚み方向とする圧電基板と、
前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、
前記各励振電極から夫々延在されたリード電極と、
前記圧電基板を搭載する基板と、
を備える圧電デバイスであって、
前記圧電基板が、
前記振動領域を構成する薄肉部と、該薄肉部の周縁の少なくとも一部に設けられ該薄肉部の厚みよりも厚い厚肉部と、を有した振動基板と、
前記振動基板の一方の端部を自由端とし、当該振動基板の前記自由端と対向する端部を他方の端部とし、前記他方の端部寄りの前記振動基板の部位に連結されて該振動基板を支持する支持部と、
当該支持部を前記基板に固定するための固定部と、
を有し、
前記支持部は、
前記主面と平行な面内で前記振動基板を挟むように、前記自由端から前記他方の端部に向かう方向に沿って延び、且つ前記振動基板から離間して配置された二つの梁部と、
前記振動基板における前記他方の端部側にある当該二つの梁部の夫々の一方の端部と前記振動基板の前記部位とを連結する第１の連結部と、
を有し、
前記二つの梁部は当該梁部の他方の端部が前記自由端を越えて延在され、
当該延在された前記二つの梁部を第２の連結部により連結され、
前記固定部は、
前記第２の連結部に設けられ、且つ前記基板に対して固定部材により１点支持により固定され、
前記固定部よりも前記振動基板の前記他方の端部寄りの前記梁部の特定部位と対向する前記基板の一主面に第１の凸部を設けた、
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記二つの梁部の延びる方向は、前記ｚ´軸に平行な方向であ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】
前記基板の一方の主面には、前記振動基板の自由端と対向する部分に第２の凸部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第２の凸部は、前記振動基板の自由端の両側端部に対向するように、前記基板の一方の主面に夫々設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
一方の前記リード電極は、前記固定部まで延在されて、前記基板に設けた２つの電極パッドのうちの一方の電極パッドと前記固定部材により電気的機械的に接続され、
他方の前記リード電極は他方の電極パッドとワイヤーで電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
少なくとも一以上の電子部品を備えてなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記電子部品が、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかであることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
【請求項１】
水晶の結晶軸である、電気軸としてのｘ軸と、機械軸としてのｙ軸と、光学軸としてのｚ軸と、からなる直交座標系の前記ｘ軸を中心として、前記ｚ軸を前記ｙ軸の−ｙ方向へ傾けた軸をｚ′軸とし、前記ｙ軸を前記ｚ軸の＋ｚ方向へ傾けた軸をｙ′軸とし、前記ｘ軸と前記ｚ′軸に平行な面で構成され、前記ｙ′軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなり、前記ｙ´軸方向を厚み方向とする圧電基板と、
前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、
前記各励振電極から夫々延在されたリード電極と、
前記圧電基板を搭載する基板と、
を備える圧電デバイスであって、
前記圧電基板が、
前記振動領域を構成する薄肉部と、該薄肉部の周縁の少なくとも一部に設けられ該薄肉部の厚みよりも厚い厚肉部と、を有した振動基板と、
前記振動基板の一方の端部を自由端とし、当該振動基板の前記自由端と対向する端部を他方の端部とし、前記他方の端部寄りの前記振動基板の部位に連結されて該振動基板を支持する支持部と、
当該支持部を前記基板に固定するための固定部と、
を有し、
前記支持部は、
前記主面と平行な面内で前記振動基板を挟むように、前記自由端から前記他方の端部に向かう方向に沿って延び、且つ前記振動基板から離間して配置された二つの梁部と、
前記振動基板における前記他方の端部側にある当該二つの梁部の夫々の一方の端部と前記振動基板の前記部位とを連結する第１の連結部と、
を有し、
前記二つの梁部は当該梁部の他方の端部が前記自由端を越えて延在され、
当該延在された前記二つの梁部を第２の連結部により連結され、
前記固定部は、
前記第２の連結部に設けられ、且つ前記基板に対して固定部材により１点支持により固定され、
前記固定部よりも前記振動基板の前記他方の端部寄りの前記梁部の特定部位と対向する前記基板の一主面に第１の凸部を設けた、
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記二つの梁部の延びる方向は、前記ｚ´軸に平行な方向であ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】
前記基板の一方の主面には、前記振動基板の自由端と対向する部分に第２の凸部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第２の凸部は、前記振動基板の自由端の両側端部に対向するように、前記基板の一方の主面に夫々設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
一方の前記リード電極は、前記固定部まで延在されて、前記基板に設けた２つの電極パッドのうちの一方の電極パッドと前記固定部材により電気的機械的に接続され、
他方の前記リード電極は他方の電極パッドとワイヤーで電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
少なくとも一以上の電子部品を備えてなることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記電子部品が、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうちの何れかであることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６９９６１（Ｐ２０１２−１６９９６１Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０５２７（Ｐ２０１１−３０５２７）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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