圧電振動素子、表面実装型圧電振動子及び表面実装型圧電発振器
【課題】マウントに起因する応力（歪）を低減した小型の表面実装型厚み滑り圧電振動子を得る。
【解決手段】圧電振動素子４は、振動領域を備えた四角形の圧電基板５と、圧電基板５の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極１５ａ、１５ｂと、圧電基板５の一つの角隅部に中間部７を連接一体化されてこの中間部から圧電基板５の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕９ａ、９ｂを備えたＬ字状の支持部９と、各励振電極１５ａ、１５ｂから支持腕９ａ、９ｂに沿って夫々延びるリード電極１７ａ、１７ｂと、を備えている。
【解決手段】圧電振動素子４は、振動領域を備えた四角形の圧電基板５と、圧電基板５の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極１５ａ、１５ｂと、圧電基板５の一つの角隅部に中間部７を連接一体化されてこの中間部から圧電基板５の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕９ａ、９ｂを備えたＬ字状の支持部９と、各励振電極１５ａ、１５ｂから支持腕９ａ、９ｂに沿って夫々延びるリード電極１７ａ、１７ｂと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み滑り振動モードを用いた圧電振動素子、表面実装型圧電振動子及び表面実装型圧電発振器の改良に関し、特に小型化、低背化を達成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子、例えば表面実装型水晶振動子は小型であること、高精度、高安定な周波数が得られ、経年変化が少ない等の電気的諸特性を有することから、通信用機器から民生用機器の基準周波数源として広く用いられている。近年、機器の小型化、軽量化と共に、表面実装型水晶振動子の更なる小型化、低背化が進められている。中でも周波数−温度特性が３次曲線を呈し、厚み滑りモードのＡＴカット水晶振動子の小型化は、各方面から求められている。
【０００３】
特許文献１には、水晶片の保持構造に起因する歪を抑止し、振動特性及び耐衝撃性を改善したＡＴカット水晶振動子が開示されている。図１１（ａ）及び（ｂ）は、特許文献１に開示された水晶振動子の構成を示す図であり、同図（ａ）は水晶片５２の平面図、同図（ｂ）は組立分解図である。水晶片５２は、高周波化を図るため平板状圧電基板の板面の一部に凹部５４を形成し、凹部５４内の平坦部を振動部としている。この振動部の表裏には励振電極５５が形成され、各励振電極からは引出電極５６が延びている。
水晶振動子は、上面が凹陥した容器本体５１の凹陥内部に形成した段部に設けられた水晶端子５３に、水晶片５２の励振電極５５から延出した引出電極５６を搭載して導電性接着剤５７によって接着することにより、水晶片５２の一端部両側を保持して構成される。
水晶片５２は、引出電極５６を延出した２つの端縁にスリット状の切り欠き５８を設けている。そして、両主面の励振電極５５から延出した引出電極５６は、切欠き５８を跨るように両主面上に展開されている。
【０００４】
以上のように水晶振動子を構成すると、容器本体５１と水晶片５２との熱膨張差に起因する応力は、導電性接着剤５７の塗布される一端部に集中して歪み（湾曲）を生じる。そして、振動領域を含む切り欠き５８部から他端部までは、切り欠き５８によって応力が遮断されて、歪みが生じない。従って、周波数温度特性を含めた振動特性を良好に維持することができると開示されている。
【０００５】
特許文献２には、水晶振動部と、これを保持する保持部材と、両者間を連結する柱状のサポート部材と、から成り、サポート部材の一端を水晶振動部に、他端を保持部材に夫々連結して構成したＡＴカット水晶振動子が開示されている。
また、特許文献３には、円形状の振動部と、この振動部と同心のリング状の支持部と、振動部と支持部とを連結する橋梁部と、からなる水晶振動子が開示されている。
特許文献４には、矩形状の振動部と、これを保持する矩形状の支持フレームと、両者間を連結する連結材とからなり、振動部の４節点と支持フレームの夫々の角部と、を連結材で連結して構成したラーメモードの輪郭水晶振動片が開示されている。
また、特許文献５には、矩形状の振動部と、これを保持する逆Ｌ字状の支持部と、両者間を連結する連結材とからなり、振動部の対角状の２節点と支持部の両先端部と、を夫々連結材で連結して構成したラーメモードの輪郭水晶振動片が開示されている。
特許文献６には、振動漏れを低減した音叉型圧電振動片が開示されている。図１２に示すように、音叉型圧電振動片８０は、基部８２と基部８２の一端から平行して延びる２つの振動腕８４、８４とを有するコ字状の圧電振動片本体８６と、Ｌ字状の支持部８８と、を備えている。支持部８８は、基部８２の他端に沿って形成された短辺部９０と、この短辺部９０の一側端部から圧電振動片本体８６の長辺に沿って延びる長辺部９２とから構成されている。支持部８８は、短辺部９０及び長辺部９２によりＬ型の形状を成している。そして、基部８２の他端と短辺部９０とが接続されている。この接続する箇所の幅は両側に形成した切り込み溝９４によって狭めてあり、圧電振動片本体８６の振動漏れを低減するようにしてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８８１３８公報
【特許文献２】特開昭５９−２１８０１９号公報
【特許文献３】特開２００７−３６９６９公報
【特許文献４】特開２００８−２０６０７９公報
【特許文献５】特開２００９−１０５５０９公報
【特許文献６】特許第４５０８２０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のＡＴカット水晶振動子を、図１３（ｂ）に示すように小型化する場合、水晶基板と実装する絶縁基板の線膨張係数の差に起因する応力が、振動領域に影響を及ぼさないようにするためには、二つの切欠き５８に挟まれた首部分が可能な限り細くなるように加工する必要があり、このような水晶振動子では対衝撃性に問題が生じるという虞があった。また、実装する絶縁基板に設けられた内部電極に、ディスペンサー装置等を用いて導電性接着剤を塗布する場合、導電性接着剤の大きさは、接着剤供給部の径により決まる。接着剤の粘性を考慮すると接着剤供給部の径には限界があり、導電性接着剤の大きさを小さくするには限度がある。塗布した導電性接着剤が振動領域に影響を及ぼさないようにするためには、二つの切欠き５８に挟まれた首部分の長さを振動領域に対し相対的に長くする必要があり、耐衝撃性が弱くなる虞がある。
【０００８】
また、特許文献２、又は３に開示された構成を用い、図１４（ａ）に示すような水晶振動素子を、同図（ｂ）に示すように小型化を図る場合、水晶基板に振動部を囲むコ字状のスリットを形成することになるが、スリットを形成するには、おおよそ基板の板厚以上のスリット幅が必要であり、コ字状のスリットを形成するために振動部が小さくなり、水晶振動素子のＣＩ値（クリスタルインピーダンス）が大きくなるという問題があった。
特許文献４、又は５に開示された構成は、振動部が正方形の４つの角部と中心とを節点として、面内で対向する一方の２辺と他方の２辺とが交互に外向き又は内向き伸縮するラーメモードの輪郭振動に関するものであり、この構成をそのまま厚み滑り振動モードの応力低減に適用するには問題がある。
【０００９】
また、特許文献６は、音二つの振動腕が互いに逆位相で振動するモード、つまり中心線に対し二つの振動腕が対象に振動する音叉型圧電振動素子に関するものである。この構成をそのまま厚み滑り振動モードに適用して、応力低減を図るには問題がある。
また、特許文献１〜６には、歪の抑圧、振動漏れの低減が可能であると記されているが、水晶基板と実装する絶縁基板との線膨張係数の差に起因する応力（∝歪）が、支持部及び振動部にどのように分布するかのシミュレーション結果が開示されておらず、効果の程度に問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、厚み滑りモード圧電振動子を小型化する際、優れた周波数温度特性、耐侯性（耐リフロー性、エージング特性）を有する圧電振動素子、圧電振動子及び圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備えた四角形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
圧電振動素子を絶縁基板に固定する際に、絶縁基板の線膨張係数と圧電振動素子の線膨張係数との差により圧電振動素子に応力が生ずる。本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の二つの端縁と並行に延びる二つの振動腕を有するＬ字状の支持部の二つの振動腕の交差部と、に中間部を連接して一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、中間部の振動領域寄りでは応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１３】
［適用例２］また、本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記短辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１４】
本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部近傍の長辺部位と、支持部の中間部とを、短辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力が生じるが、中間部の中央部で応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１５】
［適用例３］また、本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記長辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１６】
本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部近傍の短辺部位と、支持部の中間部とを、長辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、中間部の振動領域寄りの端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また、本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備え、前記長辺方向と並行に延びる前記支持腕の長さを前記圧電基板の長辺の長さの１／２以上としたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１８】
本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の２つの端縁と並行に延びる２つの振動腕を有するＬ字状の支持部の中間部（交差部）と、を連接して一体化し、且つ長辺方向に延びる振動腕の長さを圧電基板の長辺の長さの１／２以上とした構成である。このような構成の圧電振動素子に発生する応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、振動領域の端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１９】
［適用例５］本発明に係る表面実装型圧電振動子は、前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッドを上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、該素子搭載パッド上に搭載される適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電振動子である。
【００２０】
パッケージ内に適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子を収容して構成した表面実装型圧電振動子は、小型で低背であると共に、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある
【００２１】
［適用例６］また、本発明に係る表面実装型圧電振動子は、前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備え、前記圧電振動素子のＬ字状の支持部の中間部を前記枕部材と対向するように配置したことを特徴とする表面実装型圧電振動子である。
【００２２】
適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の中間部に対応する絶縁基板上に、中間部と接する枕部材を設けることにより、圧電振動素子と絶縁基板との平行度が容易に保たれ、圧電振動素子４の先端部が絶縁基板に触れる虞がなくなり、圧電振動子の歩留まりが改善されるという効果がある。
【００２３】
［適用例７］また、本発明に係る表面実装型圧電振動子は、前記各支持腕の先端部を前記素子搭載パッドと電気的に接着・固定したことを特徴とする適用例５又は６に記載の表面実装型圧電振動子である。
【００２４】
適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の２つの支持腕の先端部と、絶縁基板に設けた素子搭載パッドとを接着・固定することにより、圧電振動素子の振動領域における応力レベルは極めて小さく、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００２５】
［適用例８］本発明に係る表面実装型圧電発振器は、適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備えると共に他の部位にＩＣ部品搭載パッドを備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記ＩＣ部品搭載パッドに電気的に接続され且つ発振回路を搭載したＩＣ部品と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドと前記ＩＣ部品搭載パッドとの間を導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電発振器である。
【００２６】
適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、発振回路及び補償回路等を有するＩＣ部品と、前記圧電振動素子及び前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えた表面実装型圧電発振器を構成することにより、周波数温度補償された出力が得られると共に、エージング特性も良好であり、且つ小型化、低背化に適した表面実装型圧電発振器がえられるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る圧電振動子の構成を示した概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）圧電振動素子の平面図。
【図２】パッケージの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図３】本発明と従来例とを比較する概略図であり、（ａ）、（ｂ）は従来例の圧電振動素子の平面図、（ｃ）、（ｄ）は本発明の圧電振動素子の平面図。
【図４】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は応力分布を示す概略斜視図。
【図５】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は応力分布を示す概略斜視図。
【図６】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は応力分布を示す概略斜視図。
【図７】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はシミュレーションより求めた応力分布を示す概略斜視図。
【図８】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はシミュレーションより求めた応力分布を示す概略斜視図。
【図９】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はシミュレーションより求めた応力分布を示す概略斜視図。
【図１０】本発明の圧電発振器の構成を示す断面図。
【図１１】（ａ）は従来例の水晶片の構成を示す平面図、（ｂ）は組立分解図。
【図１２】従来例の音叉型圧電振動片の構成を示す平面図。
【図１３】（ａ）は従来例の水晶振動素子、（ｂ）は小型化した水晶振動素子の平面図。
【図１４】（ａ）は従来例の水晶振動素子、（ｂ）は小型化した水晶振動素子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る厚み滑り振動圧電振動子（以降、圧電振動子と称す）１の構成を示す図であり、同図（ａ）は蓋部材を除いた斜視図、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、同図（ｃ）は厚み滑り振動圧電振動素子（以降、圧電振動素子と称す）４の平面図である。
圧電振動子１は、水晶基板等の圧電基板の表裏面に励振電極が形成された圧電振動素子４と、圧電振動素子４を収容するパッケージ（絶縁基板）本体２０と、パッケージ本体２０を気密封止するための蓋部材３５と、を備えている。
【００２９】
圧電振動素子４は、図１（ｃ）に示すように、振動領域を備えた四角形（本例では矩形）の圧電基板５と、圧電基板５の振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極１５ａ、１５ｂ（励振電極１５ｂは圧電基板５の裏面に形成）と、を備えている。更に、圧電基板５の一つの角隅部に中間部（屈曲部）７が連接一体化され、この中間部７から圧電基板５の２つの端縁５ａ、５ｂと離間しつつ並行に延びる２本の支持腕９ａ、９ｂを備えたＬ字状の支持部９と、各励振電極１５ａ、１５ｂから支持腕９ａ、９ｂの表裏面に沿って夫々延びるリード電極１７ａ、１７ｂ（リード電極１７ｂは支持腕９ｂの裏面に形成）と、を備えている。
【００３０】
圧電基板５は、例えば水晶の電気軸（Ｘ軸）の回りに約３５°回転して切り出したＡＴカット水晶基板を用いる。ＡＴカットウエハーをラッピング装置で所定の周波数まで研磨し、フッ化アンモニウムのエッチング液を用いて周波数を微調整した後、蒸着、或いはスパッタリングで金属膜（例えばクロムを下地とした金の薄膜）を両面に形成する。このウエハーにフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工を適用して、圧電基板５と、２本の支持腕９ａ、９ｂがほぼ直角に交わるＬ字状の支持部９と、圧電基板５との一つの角隅部とＬ字状の支持部９の角隅部（支持腕９ａ、９ｂの交差部）とを連接する中間部７と、を一体的に形成する。形成された基板に蒸着、或いはスパッタリングで励振電極１５ａ、１５ｂ及びリード電極１７ａ、１７ｂを成膜して圧電振動素子４を構成する。
【００３１】
図２は、パッケージ本体２０の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面図である。
パッケージ本体２０は、例えば、図２（ｂ）に示すように、矩形の箱状に形成されている。具体的には、パッケージ本体（絶縁基板）２０は、絶縁材料から成る板状の第１の基板２１と、板状の第２の基板２２と、環状の第３の基板２３とを積層して形成されている。例えば、各基板２１、２２、２３を酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートから構成し、これらを積層してから焼結することにより製造する。図２（ｂ）に示した例では、第１の基板２１の外部底面に複数の実装端子２５が形成されている。
第３の基板２３は中央部が除去された環状をなしており、第３の基板２３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング２４が形成されている。
【００３２】
第３の基板２３と第２の基板２２とにより、圧電振動素子４を収容する凹部が絶縁基板上面に形成されている。第２の基板２２の上面の所定の位置には、実装端子２５と導体２６により電気的に導通する複数の素子搭載パッド２７ａ、２７ｂと、何れの実装端子２５とも非導通の枕部材２８が設けられている。
素子搭載パッド２７ａ、２７ｂは、圧電振動素子４を載置した際に支持腕９ａ、９ｂの先端部と対応するように配置されている。また、枕部材２８は、圧電基板５の一つの角隅部と、Ｌ字状の支持部９の中間部７と対応するように配置されている。
【００３３】
圧電振動子１は、パッケージ本体２０の素子搭載パッド２７ａ、２７ｂ上に導電性接着剤３０、例えばエポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、ビスマレイミド系接着剤の何れかを適量塗布し、その上に圧電振動素子４を載置して軽く押さえることにより組み立てる。
この際、枕部材２８に中間部７が接するようになるため、パッケージ本体２０の第２の基板２２の上面と、圧電振動子１の圧電基板５の主面とがほぼ平行に保たれる。
パッケージ本体２０に圧電振動素子４を搭載した状態で導電性接着剤３０を硬化させるために、所定温度の高温炉に所定の時間入れる。その後、真空装置の中で圧電振動子１の周波数を微調整し、アニール処理を施した後、蓋部材３５、例えばＮｉメッキのコバール材を用い、パッケージ本体２０の上面に形成したシールリング２４にシーム溶接してパッケージ内部を気密とし、圧電振動子１を構成する。
パッケージ内は不活性ガス、例えば窒素を封入してよいし、真空にしてもよい。
【００３４】
図１では四角形の圧電基板５の例を示したが、平面の形状は四角形に限る必要はなく、多角形、円形、楕円形、矩形の両端に半円形を２つ付加した長円形であってもよい。また、圧電基板５にＣ面取りが施されていてもよい。
また、厚み方向の形状は、平板状に限るものではなく、メサ型、逆メサ型でもよい。ただ、逆メサ型の矩形圧電基板を形成する際には、基板の長辺方向が水晶のＺ’軸となるように設定するとよい。
また、圧電基板５の振動領域に形成した励振電極１５ａ、１５ｂの形状として、矩形電極の例を示したが、円形、楕円形、長円形であってもよい。
【００３５】
次に、厚み振動の圧電振動素子４を小型化する際に問題になるのは、支持に起因する応力を如何に低減するかと、長辺（Ｘ軸）方向の長さ寸法に起因する高次屈曲振動を如何に避けるかである。
本発明に係る圧電振動素子４の特徴を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は従来一般的に用いられている圧電基板５の形状（矩形）であり、圧電基板５の隣接する２つの角隅部を導電性接着剤３０で接着・固定した構造である。この構造は、接着剤３０の固定に起因して圧電基板５に応力が生じ、小型化を図る場合に問題がある。
図３（ｂ）は、特許文献１に開示された構造であり、圧電基板５の端部寄りの対向する２つの端縁に夫々対向するように両側から切り込みを入れた構成である。この構造では、長辺（Ｘ軸）方向の寸法Ａ、Ｂに起因する二種類の高次屈曲振動が励起されるため、このスプリアスを抑圧するのに難がある。
【００３６】
図３（ｃ）、（ｄ）は本発明の一例にかかる構造である。図３（ｃ）では圧電基板５の一つの角隅部と、Ｌ字状の支持部９の中間部（屈曲部）７、つまり支持腕９ａと９ｂとの交差部とを一体的に連結した構造である。この構造では圧電基板のＸ軸方向の長さＡに起因する高次屈曲振動はほぼ１種類となる。
また、図３（ｄ）では圧電基板５の角隅部と、Ｌ字状の支持部９の中間部７とが、角隅部寄りの短辺（Ｚ’軸方）５ｂの部位と一体的に連結された構造をしている。この構造ではＸ軸方向の長さに起因する高次屈曲振動は１種類となる。
【００３７】
図３（ｃ）、（ｄ）に示した構造を採用することにより、Ｘ軸方向の長さに起因する高次屈曲振動は１種類となり、圧電振動素子４を小型化する際に、主振動と高次屈曲振動との結合が比較的避け易くなる。
次に、圧電振動素子４の支持腕９ａ、９ｂの先端部（自由端側）を、絶縁基板上で導電性接着剤３０を用いて接着・固定した際に生じる応力（∝歪）を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションした。接着剤３０を硬化させるには高温、例えば１８０℃に所定の時間保持する必要がある。高温状態では圧電基板５も絶縁基板も共に膨張し、接着剤３０も軟化するので、圧電基板５には応力は生じていない。圧電基板５と絶縁基板との温度が、常温（２５℃）に戻ると、絶縁基板の線膨張係数と、圧電基板５の線膨張係数との差により、接着・固定部より生じる応力が支持部９を経由して圧電基板５にまで広がる。
【００３８】
図４（ａ）は、圧電振動素子４を絶縁基板上にマウントした状態を示す平面図であり、圧電振動素子４は、支持腕９ａ、９ｂの先端部で絶縁基板に固定されている。以下、圧電振動素子４に生じる応力分布を求めるシミュレーションでは、一例として矩形の圧電基板５を用い、長辺（Ｘ軸方向）５ａの長さを８５０μｍ、短辺（Ｚ’軸方向）５ｂの長さを４００μｍ、厚さ（Ｙ’軸方向）を６４μｍとした。
図４（ｂ）は圧電振動素子４の形状と、それに生じた応力の分布とを示す斜視図である。圧電振動素子４は、長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板５と、Ｌ字状の支持部９と、圧電基板５の一つの角隅部とＬ字状の支持部９の中間部（支持腕９ａ、９ｂの交差部）７と、を一体的に形成した圧電振動素子４である。
また、図４（ｂ）では、励振電極１５ａ、１５ｂと、リード電極１７ａ、１７ｂを省略しており、厚み方向の応力分布を示すために、厚み寸法を誇張して描いている。支持腕９ａ、９ｂの長さは、夫々圧電基板５の長辺、短辺の長さとほぼ等しく設定されている。また、各部材に生じる応力の大きさ（応力レベル）は、図の複雑化を避けるため、最大応力レベルＩから最小応力レベルＶの五段階（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ）で表示してある。
【００３９】
図４（ｂ）に示すような形状の圧電振動素子４の場合、支持腕９ａ、９ｂに生じる応力レベルは、最大応力レベルＩであり、長辺方向（Ｘ軸方向）に延びる支持腕９ａの先端部寄りの部位で、応力レベルがＩＩＩからＩＶに変わる菱形状の小領域Ｓ１が存在する。
また、Ｌ字状の支持部９の中間部７（Ｃ２）では先端に向け、応力レベルＩから応力レベルＶに急激に減少している。中間部７の中央領域Ｊでは同心円状に応力レベルＩからＶに急激に変化する小さな領域が存在する。また、中間部７の中央部に応力レベルが最大応力レベルＩから最小応力レベルＶに急激に変化する小さな円形状の領域がある。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７から圧電基板５にかけて、最大応力レベルＩから最小応力レベルＶに急激に変化する。そのため、圧電基板５の振動領域では応力レベルが最小応力レベルＶとなることがシミュレーションの結果、判明した。つまり、図４に示す形状の圧電振動素子４は、振動領域に発生する応力は極めて小さく、優れた振動素子であることが判明した。
【００４０】
次に、図５（ａ）は、他の実施形態に係る圧電振動素子４のマウント状態を示す平面図であり、圧電振動素子４は、支持腕９ａ、９ｂの先端部で絶縁基板上の素子搭載パッド上に固定されている。図５（ｂ）は圧電振動素子４の形状と、それに生じた応力の分布とを示す斜視図である。圧電振動素子４は、圧電基板５の一つの角隅部と、短辺方向（Ｚ’軸方向）に並行な支持腕９ｂとが、長辺（Ｘ軸）と並行に延びる連接部８により支持部９の中間部７と連接され一体的に形成された圧電振動素子４である。支持腕９ａ、９ｂは夫々圧電基板５の長辺、短辺の長さとほぼ等しく設定されている。
【００４１】
長辺（Ｘ軸）方向に並行に延びる連接部８により、圧電基板の一つの角隅部と支持腕９ｂとが連結された構造の圧電振動素子４の場合、支持腕９ａ、９ｂはほぼ最大応力レベルＩであるが、長尺の支持腕９ａの中央部より先端部寄りの部位で、応力レベルがからＶに変化する大きな菱形状の領域Ｓ２が存在する。また中間部７と短尺の支持腕９ｂとが連接する領域Ｓ３では、応力レベルがＩからＩＶに変化する領域が存在する。Ｌ字状の支持部９の中間部７（Ｃ２）では先端に向け、応力レベルＩから応力レベルＶに急激に減少しているが、図４（ｂ）に示す構造のものより変化する領域は小さい。
圧電基板５の一つの端縁と連結部８とが連接する領域Ｃ１では、連結部８から圧電基板５にかけて、最大応力レベルＩからＩＶに複雑に変化している。連結部８と圧電基板５との境界近辺では応力レベルがＩＶになり、圧電基板５の振動領域では応力レベルは最小応力レベルＶである。図５に示す形状の圧電振動素子４は、振動領域に発生する応力は極めて小さく、優れた振動素子であるが、長辺（Ｘ軸）方向の二つの長さに起因する高次屈曲振動を避けるように設計する必要がある。
【００４２】
図６（ａ）は、他の実施形態に係る圧電振動素子４のマウントの状態を示す平面図であり、圧電振動素子４は、支持腕９ａ、９ｂの先端部で絶縁基板に固定されている。図６（ｂ）は、圧電振動素子４の形状と、それに生じた応力の分布とを示す斜視図である。長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電振動素子４は、圧電基板５の一つの角隅部と、長辺方向（Ｘ軸方向）に延びる長尺の支持腕９ａとが、短辺（Ｚ’軸）５ｂと並行に延びる連結部８によって連接され一体的に形成された圧電振動素子４である。支持腕９ａ、９ｂは夫々圧電基板５の長辺５ａ、短辺５ｂの長さとほぼ等しく設定されている。
【００４３】
圧電基板５と支持部９とを連結する連結部８が短辺（Ｚ’軸）方向と並行に形成された圧電振動素子４の場合、支持腕９ａ、９ｂに生じる応力は、ほぼ最大応力レベルＩの領域であるが、支持腕９ａの中央部より先端部寄りの部位で、応力レベルがＩＩＩからＶに変化する菱形状の領域Ｓ２が存在する。Ｌ字状の支持部９の中間部７（Ｃ２）では先端に向け、応力レベルＩから応力レベルＶに急激に減少する極めて小さい領域がある。また、支持腕９ｂの中央部には応力レベルＩからＩＶまで急激に変化する菱形状の領域Ｓ３が存在する。
圧電基板５の一つの端縁と連結部８とが連接する部位では、連結部８のほぼ中央で長辺（Ｘ軸）方向に沿って、応力レベルが最大応力レベルＩから急激に最小応力レベルＶに変化している。圧電基板５の振動領域では応力レベルは最小応力レベルＶである。図６に示す形状の圧電振動素子４では、振動領域に生ずる応力レベルは最小レベルのＶであり、優れた振動素子であることが判明した。
【００４４】
次に、図７、図８及び図９に示すように、長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板５の一つの角隅部と、圧電基板５の２つの端縁と並行に延びる２つの振動腕９ａ、９ｂを有するＬ字状の支持部９の中間部（交差部）７と、を連接して一体化した圧電振動素子４において、支持腕９ａの長さを変化させた場合の応力分布の変化についてシミュレーションにより求めた。支持腕９ｂの長さは圧電基板５の短辺（Ｚ’軸）長さとほぼ等しくし、支持腕９ａの長さを、長辺の長さより短く、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍと変化させた絶縁基板上に圧電振動素子４をマウントする部位は、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）の平面図に示すように支持腕９ａ、９ｂの先端部とした。
【００４５】
図７（ｂ）は支持腕９ａの長さを１００μｍとした場合に、圧電振動素子４上に生じる応力分布を示した斜視図である。支持腕９ａ、９ｂのほとんどの部位に最大応力Ｉの領域が広がり、Ｌ字状支持部９の角隅領域Ｃ２では先端部に向けて最大応力Ｉから最小応力Ｖまで変化している。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７から圧電基板５の角隅部にかけて、最大応力レベルＩから応力レベルＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと緩やかに変化している。応力レベルＩＶの領域は圧電基板５の振動領域の一部まで広がっており、圧電振動素子４の振動変位に影響し、この形状の圧電振動素子を用いて振動子を構成した場合に電気的特性を劣化させる虞がある。
【００４６】
図８（ｂ）は、支持腕９ａの長さを２００μｍとした場合、圧電振動素子４上に生じる応力分布を示した斜視図である。支持腕９ａ、９ｂのほとんどの部位に最大応力Ｉの領域が広がり、Ｌ字状支持部９の角隅領域Ｃ２では最大応力Ｉから最小応力Ｖまで変化していが、図７（ｂ）の領域Ｃ２より小さくなっている。また、中間部７の中央部に応力レベルが円形に変化する小さな領域が存在する。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７から圧電基板５の角隅部にかけて、応力レベルが最大応力レベルＩからＩＩ、ＩＩＩと急激に変化している。応力レベルＩＶは圧電基板５の振動領域の一部まで広がっている。
【００４７】
図９（ｂ）は、支持腕９ａの長さを３００μｍとした場合、圧電振動素子４上に生じる応力分布を示した斜視図である。支持腕９ａ、９ｂのほとんどの領域に最大応力Ｉの領域が広がり、Ｌ字状支持部９の角隅領域Ｃ２では先端部に向かって最大応力Ｉから最小応力Ｖまで変化しているが、図８（ｂ）の領域Ｃ２よりも小さくなっている。また、中間部７の中央部に応力レベルが円形に変化する小さな領域が存在する。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７と圧電基板５の角隅部とが接続する部位で、最大応力レベルＩから応力レベルＩＩ、ＩＩＩと急激に変化している。応力レベルＩＶの領域は圧電基板５の一部まで広がっているが、振動領域にかかる応力レベルＩＶの部分は小さく、圧電振動素子４を振動子とした場合、電気的特性に及ぼす影響は極めて小さいと推定される。
以上の説明では、水晶基板を用いて説明したが、圧電基板としては、タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板、ランガサイト基板等を用いてもよい。
【００４８】
圧電振動素子４を材料が異なる絶縁基板５上に固定する際に、絶縁基板の線膨張係数と圧電振動素子の線膨張係数との差により圧電振動素子に応力が生ずる。本発明の圧電振動素子４は、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の二つの端縁と並行に延びる二つの振動腕を有するＬ字状の支持部の中間部（二つの腕部の交差部）とを連接して一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、中間部の振動領域寄りでは応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電振動素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００４９】
本発明の一つの実施形態に係る圧電振動素子４は、図６に示すように、圧電基板の一つの角隅部近傍の長辺部位と、支持部の中間部とを、短辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力が生じるが、中間部の中央部で応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５０】
本発明の他の実施形態に係る圧電振動素子４は、図５に示すように、圧電基板の一つの角隅部近傍の短辺部位と、支持部の中間部とを、長辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、中間部の振動領域寄りの端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５１】
本発明の他の実施形態に係る圧電振動素子４は、図９に示すように、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の２つの端縁と並行に延びる２つの振動腕を有するＬ字状の支持部の中間部（交差部）と、を連接して一体化し、且つ長辺方向に延びる振動腕の長さを圧電基板の長辺の長さの１／２以上とした構成である。このような構成の圧電振動素子に発生する応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、振動領域の端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５２】
パッケージ内に圧電振動素子４を収容して構成した表面実装型厚み滑り圧電振動子は、小型で低背であると共に、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
上記の圧電振動素子４の中間部７に対応する絶縁基板上に、中間部７と接する枕部材２８を設けることにより、圧電振動素子４と絶縁基板との平行度が容易に保たれ、圧電振動素子４の先端部が絶縁基板に触れる虞がなくなり、圧電振動子の歩留まりが改善されるという効果がある。
上記の圧電振動素子４の２つの支持腕の先端部と、絶縁基板に設けた素子搭載パッドとを接着・固定することにより、圧電振動素子４の振動領域における応力レベルは極めて小さくなり、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５３】
図１０は本発明に係る表面実装型圧電発振器３の構成を示す断面図である。表面実装型圧電発振器３は、本発明の実施形態に係る圧電振動素子４と、パッケージ本体（絶縁基板）２０ａと、ＩＣ部品３８と、蓋部材３５と、を備えている。
パッケージ本体（絶縁基板）２０ａは、圧電振動素子４の各リード電極１７ａ、１７ｂと電気的に接続される素子搭載パッド２７ａ、２７ｂ、及び何れの実装端子とも非導通の枕材２８を上面に備えると共に、他の部位にＩＣ部品搭載パッド２９と、外部に実装端子を備えている。ＩＣ部品３８は、発振回路、増幅回路、温度補償回路等を有している。
ＩＣ部品３８は、ＩＣ部品搭載パッド２９に金属バンプ等を用いて電気的に接続され、素子搭載パッド２７ａ、２７ｂ、と、ＩＣ部品搭載パッド２９と、実装端子２５と、は導体２６により導通が図られている。
上記の圧電振動素子４と、発振回路及び補償回路等を有するＩＣ部品３８と、圧電振動素子４及びＩＣ部品３８を収容するパッケージ２０ａと、を備えた表面実装型圧電発振器を構成することにより、周波数温度補償された出力が得られると共に、エージング特性も良好であり、且つ小型化、低背化に適した表面実装型圧電発振器が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００５４】
１…圧電振動子、３…圧電発振器、４…圧電振動素子、５…圧電基板、７…中間部、８…連結部、９…支持部、９ａ、９ｂ…支持腕、１５ａ、１５ｂ…励振電極、１７ａ、１７ｂ…リード電極、２０…パッケージ本体、２１、２２、２３…絶縁基板、２４…シールリング、２５…実装端子、２６…導体、２７ａ、２７ｂ…素子搭載パッド、２８…枕部材、２９…ＩＣ部品搭載パッド、３０…導電性接着剤、３５…蓋部材、３６…金属バンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み滑り振動モードを用いた圧電振動素子、表面実装型圧電振動子及び表面実装型圧電発振器の改良に関し、特に小型化、低背化を達成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子、例えば表面実装型水晶振動子は小型であること、高精度、高安定な周波数が得られ、経年変化が少ない等の電気的諸特性を有することから、通信用機器から民生用機器の基準周波数源として広く用いられている。近年、機器の小型化、軽量化と共に、表面実装型水晶振動子の更なる小型化、低背化が進められている。中でも周波数−温度特性が３次曲線を呈し、厚み滑りモードのＡＴカット水晶振動子の小型化は、各方面から求められている。
【０００３】
特許文献１には、水晶片の保持構造に起因する歪を抑止し、振動特性及び耐衝撃性を改善したＡＴカット水晶振動子が開示されている。図１１（ａ）及び（ｂ）は、特許文献１に開示された水晶振動子の構成を示す図であり、同図（ａ）は水晶片５２の平面図、同図（ｂ）は組立分解図である。水晶片５２は、高周波化を図るため平板状圧電基板の板面の一部に凹部５４を形成し、凹部５４内の平坦部を振動部としている。この振動部の表裏には励振電極５５が形成され、各励振電極からは引出電極５６が延びている。
水晶振動子は、上面が凹陥した容器本体５１の凹陥内部に形成した段部に設けられた水晶端子５３に、水晶片５２の励振電極５５から延出した引出電極５６を搭載して導電性接着剤５７によって接着することにより、水晶片５２の一端部両側を保持して構成される。
水晶片５２は、引出電極５６を延出した２つの端縁にスリット状の切り欠き５８を設けている。そして、両主面の励振電極５５から延出した引出電極５６は、切欠き５８を跨るように両主面上に展開されている。
【０００４】
以上のように水晶振動子を構成すると、容器本体５１と水晶片５２との熱膨張差に起因する応力は、導電性接着剤５７の塗布される一端部に集中して歪み（湾曲）を生じる。そして、振動領域を含む切り欠き５８部から他端部までは、切り欠き５８によって応力が遮断されて、歪みが生じない。従って、周波数温度特性を含めた振動特性を良好に維持することができると開示されている。
【０００５】
特許文献２には、水晶振動部と、これを保持する保持部材と、両者間を連結する柱状のサポート部材と、から成り、サポート部材の一端を水晶振動部に、他端を保持部材に夫々連結して構成したＡＴカット水晶振動子が開示されている。
また、特許文献３には、円形状の振動部と、この振動部と同心のリング状の支持部と、振動部と支持部とを連結する橋梁部と、からなる水晶振動子が開示されている。
特許文献４には、矩形状の振動部と、これを保持する矩形状の支持フレームと、両者間を連結する連結材とからなり、振動部の４節点と支持フレームの夫々の角部と、を連結材で連結して構成したラーメモードの輪郭水晶振動片が開示されている。
また、特許文献５には、矩形状の振動部と、これを保持する逆Ｌ字状の支持部と、両者間を連結する連結材とからなり、振動部の対角状の２節点と支持部の両先端部と、を夫々連結材で連結して構成したラーメモードの輪郭水晶振動片が開示されている。
特許文献６には、振動漏れを低減した音叉型圧電振動片が開示されている。図１２に示すように、音叉型圧電振動片８０は、基部８２と基部８２の一端から平行して延びる２つの振動腕８４、８４とを有するコ字状の圧電振動片本体８６と、Ｌ字状の支持部８８と、を備えている。支持部８８は、基部８２の他端に沿って形成された短辺部９０と、この短辺部９０の一側端部から圧電振動片本体８６の長辺に沿って延びる長辺部９２とから構成されている。支持部８８は、短辺部９０及び長辺部９２によりＬ型の形状を成している。そして、基部８２の他端と短辺部９０とが接続されている。この接続する箇所の幅は両側に形成した切り込み溝９４によって狭めてあり、圧電振動片本体８６の振動漏れを低減するようにしてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８８１３８公報
【特許文献２】特開昭５９−２１８０１９号公報
【特許文献３】特開２００７−３６９６９公報
【特許文献４】特開２００８−２０６０７９公報
【特許文献５】特開２００９−１０５５０９公報
【特許文献６】特許第４５０８２０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のＡＴカット水晶振動子を、図１３（ｂ）に示すように小型化する場合、水晶基板と実装する絶縁基板の線膨張係数の差に起因する応力が、振動領域に影響を及ぼさないようにするためには、二つの切欠き５８に挟まれた首部分が可能な限り細くなるように加工する必要があり、このような水晶振動子では対衝撃性に問題が生じるという虞があった。また、実装する絶縁基板に設けられた内部電極に、ディスペンサー装置等を用いて導電性接着剤を塗布する場合、導電性接着剤の大きさは、接着剤供給部の径により決まる。接着剤の粘性を考慮すると接着剤供給部の径には限界があり、導電性接着剤の大きさを小さくするには限度がある。塗布した導電性接着剤が振動領域に影響を及ぼさないようにするためには、二つの切欠き５８に挟まれた首部分の長さを振動領域に対し相対的に長くする必要があり、耐衝撃性が弱くなる虞がある。
【０００８】
また、特許文献２、又は３に開示された構成を用い、図１４（ａ）に示すような水晶振動素子を、同図（ｂ）に示すように小型化を図る場合、水晶基板に振動部を囲むコ字状のスリットを形成することになるが、スリットを形成するには、おおよそ基板の板厚以上のスリット幅が必要であり、コ字状のスリットを形成するために振動部が小さくなり、水晶振動素子のＣＩ値（クリスタルインピーダンス）が大きくなるという問題があった。
特許文献４、又は５に開示された構成は、振動部が正方形の４つの角部と中心とを節点として、面内で対向する一方の２辺と他方の２辺とが交互に外向き又は内向き伸縮するラーメモードの輪郭振動に関するものであり、この構成をそのまま厚み滑り振動モードの応力低減に適用するには問題がある。
【０００９】
また、特許文献６は、音二つの振動腕が互いに逆位相で振動するモード、つまり中心線に対し二つの振動腕が対象に振動する音叉型圧電振動素子に関するものである。この構成をそのまま厚み滑り振動モードに適用して、応力低減を図るには問題がある。
また、特許文献１〜６には、歪の抑圧、振動漏れの低減が可能であると記されているが、水晶基板と実装する絶縁基板との線膨張係数の差に起因する応力（∝歪）が、支持部及び振動部にどのように分布するかのシミュレーション結果が開示されておらず、効果の程度に問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、厚み滑りモード圧電振動子を小型化する際、優れた周波数温度特性、耐侯性（耐リフロー性、エージング特性）を有する圧電振動素子、圧電振動子及び圧電発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備えた四角形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
圧電振動素子を絶縁基板に固定する際に、絶縁基板の線膨張係数と圧電振動素子の線膨張係数との差により圧電振動素子に応力が生ずる。本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の二つの端縁と並行に延びる二つの振動腕を有するＬ字状の支持部の二つの振動腕の交差部と、に中間部を連接して一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、中間部の振動領域寄りでは応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１３】
［適用例２］また、本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記短辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１４】
本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部近傍の長辺部位と、支持部の中間部とを、短辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力が生じるが、中間部の中央部で応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１５】
［適用例３］また、本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記長辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１６】
本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部近傍の短辺部位と、支持部の中間部とを、長辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、中間部の振動領域寄りの端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また、本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備え、前記長辺方向と並行に延びる前記支持腕の長さを前記圧電基板の長辺の長さの１／２以上としたことを特徴とする圧電振動素子である。
【００１８】
本発明の圧電振動素子は、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の２つの端縁と並行に延びる２つの振動腕を有するＬ字状の支持部の中間部（交差部）と、を連接して一体化し、且つ長辺方向に延びる振動腕の長さを圧電基板の長辺の長さの１／２以上とした構成である。このような構成の圧電振動素子に発生する応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、振動領域の端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００１９】
［適用例５］本発明に係る表面実装型圧電振動子は、前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッドを上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、該素子搭載パッド上に搭載される適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電振動子である。
【００２０】
パッケージ内に適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子を収容して構成した表面実装型圧電振動子は、小型で低背であると共に、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある
【００２１】
［適用例６］また、本発明に係る表面実装型圧電振動子は、前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備え、前記圧電振動素子のＬ字状の支持部の中間部を前記枕部材と対向するように配置したことを特徴とする表面実装型圧電振動子である。
【００２２】
適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の中間部に対応する絶縁基板上に、中間部と接する枕部材を設けることにより、圧電振動素子と絶縁基板との平行度が容易に保たれ、圧電振動素子４の先端部が絶縁基板に触れる虞がなくなり、圧電振動子の歩留まりが改善されるという効果がある。
【００２３】
［適用例７］また、本発明に係る表面実装型圧電振動子は、前記各支持腕の先端部を前記素子搭載パッドと電気的に接着・固定したことを特徴とする適用例５又は６に記載の表面実装型圧電振動子である。
【００２４】
適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の２つの支持腕の先端部と、絶縁基板に設けた素子搭載パッドとを接着・固定することにより、圧電振動素子の振動領域における応力レベルは極めて小さく、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００２５】
［適用例８］本発明に係る表面実装型圧電発振器は、適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備えると共に他の部位にＩＣ部品搭載パッドを備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記ＩＣ部品搭載パッドに電気的に接続され且つ発振回路を搭載したＩＣ部品と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドと前記ＩＣ部品搭載パッドとの間を導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電発振器である。
【００２６】
適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、発振回路及び補償回路等を有するＩＣ部品と、前記圧電振動素子及び前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えた表面実装型圧電発振器を構成することにより、周波数温度補償された出力が得られると共に、エージング特性も良好であり、且つ小型化、低背化に適した表面実装型圧電発振器がえられるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る圧電振動子の構成を示した概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）圧電振動素子の平面図。
【図２】パッケージの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図３】本発明と従来例とを比較する概略図であり、（ａ）、（ｂ）は従来例の圧電振動素子の平面図、（ｃ）、（ｄ）は本発明の圧電振動素子の平面図。
【図４】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は応力分布を示す概略斜視図。
【図５】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は応力分布を示す概略斜視図。
【図６】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は応力分布を示す概略斜視図。
【図７】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はシミュレーションより求めた応力分布を示す概略斜視図。
【図８】（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、（ｂ）はシミュレーションより求めた応力分布を示す概略斜視図。
【図９】本発明の圧電振動素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はシミュレーションより求めた応力分布を示す概略斜視図。
【図１０】本発明の圧電発振器の構成を示す断面図。
【図１１】（ａ）は従来例の水晶片の構成を示す平面図、（ｂ）は組立分解図。
【図１２】従来例の音叉型圧電振動片の構成を示す平面図。
【図１３】（ａ）は従来例の水晶振動素子、（ｂ）は小型化した水晶振動素子の平面図。
【図１４】（ａ）は従来例の水晶振動素子、（ｂ）は小型化した水晶振動素子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る厚み滑り振動圧電振動子（以降、圧電振動子と称す）１の構成を示す図であり、同図（ａ）は蓋部材を除いた斜視図、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、同図（ｃ）は厚み滑り振動圧電振動素子（以降、圧電振動素子と称す）４の平面図である。
圧電振動子１は、水晶基板等の圧電基板の表裏面に励振電極が形成された圧電振動素子４と、圧電振動素子４を収容するパッケージ（絶縁基板）本体２０と、パッケージ本体２０を気密封止するための蓋部材３５と、を備えている。
【００２９】
圧電振動素子４は、図１（ｃ）に示すように、振動領域を備えた四角形（本例では矩形）の圧電基板５と、圧電基板５の振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極１５ａ、１５ｂ（励振電極１５ｂは圧電基板５の裏面に形成）と、を備えている。更に、圧電基板５の一つの角隅部に中間部（屈曲部）７が連接一体化され、この中間部７から圧電基板５の２つの端縁５ａ、５ｂと離間しつつ並行に延びる２本の支持腕９ａ、９ｂを備えたＬ字状の支持部９と、各励振電極１５ａ、１５ｂから支持腕９ａ、９ｂの表裏面に沿って夫々延びるリード電極１７ａ、１７ｂ（リード電極１７ｂは支持腕９ｂの裏面に形成）と、を備えている。
【００３０】
圧電基板５は、例えば水晶の電気軸（Ｘ軸）の回りに約３５°回転して切り出したＡＴカット水晶基板を用いる。ＡＴカットウエハーをラッピング装置で所定の周波数まで研磨し、フッ化アンモニウムのエッチング液を用いて周波数を微調整した後、蒸着、或いはスパッタリングで金属膜（例えばクロムを下地とした金の薄膜）を両面に形成する。このウエハーにフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工を適用して、圧電基板５と、２本の支持腕９ａ、９ｂがほぼ直角に交わるＬ字状の支持部９と、圧電基板５との一つの角隅部とＬ字状の支持部９の角隅部（支持腕９ａ、９ｂの交差部）とを連接する中間部７と、を一体的に形成する。形成された基板に蒸着、或いはスパッタリングで励振電極１５ａ、１５ｂ及びリード電極１７ａ、１７ｂを成膜して圧電振動素子４を構成する。
【００３１】
図２は、パッケージ本体２０の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面図である。
パッケージ本体２０は、例えば、図２（ｂ）に示すように、矩形の箱状に形成されている。具体的には、パッケージ本体（絶縁基板）２０は、絶縁材料から成る板状の第１の基板２１と、板状の第２の基板２２と、環状の第３の基板２３とを積層して形成されている。例えば、各基板２１、２２、２３を酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートから構成し、これらを積層してから焼結することにより製造する。図２（ｂ）に示した例では、第１の基板２１の外部底面に複数の実装端子２５が形成されている。
第３の基板２３は中央部が除去された環状をなしており、第３の基板２３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング２４が形成されている。
【００３２】
第３の基板２３と第２の基板２２とにより、圧電振動素子４を収容する凹部が絶縁基板上面に形成されている。第２の基板２２の上面の所定の位置には、実装端子２５と導体２６により電気的に導通する複数の素子搭載パッド２７ａ、２７ｂと、何れの実装端子２５とも非導通の枕部材２８が設けられている。
素子搭載パッド２７ａ、２７ｂは、圧電振動素子４を載置した際に支持腕９ａ、９ｂの先端部と対応するように配置されている。また、枕部材２８は、圧電基板５の一つの角隅部と、Ｌ字状の支持部９の中間部７と対応するように配置されている。
【００３３】
圧電振動子１は、パッケージ本体２０の素子搭載パッド２７ａ、２７ｂ上に導電性接着剤３０、例えばエポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、ビスマレイミド系接着剤の何れかを適量塗布し、その上に圧電振動素子４を載置して軽く押さえることにより組み立てる。
この際、枕部材２８に中間部７が接するようになるため、パッケージ本体２０の第２の基板２２の上面と、圧電振動子１の圧電基板５の主面とがほぼ平行に保たれる。
パッケージ本体２０に圧電振動素子４を搭載した状態で導電性接着剤３０を硬化させるために、所定温度の高温炉に所定の時間入れる。その後、真空装置の中で圧電振動子１の周波数を微調整し、アニール処理を施した後、蓋部材３５、例えばＮｉメッキのコバール材を用い、パッケージ本体２０の上面に形成したシールリング２４にシーム溶接してパッケージ内部を気密とし、圧電振動子１を構成する。
パッケージ内は不活性ガス、例えば窒素を封入してよいし、真空にしてもよい。
【００３４】
図１では四角形の圧電基板５の例を示したが、平面の形状は四角形に限る必要はなく、多角形、円形、楕円形、矩形の両端に半円形を２つ付加した長円形であってもよい。また、圧電基板５にＣ面取りが施されていてもよい。
また、厚み方向の形状は、平板状に限るものではなく、メサ型、逆メサ型でもよい。ただ、逆メサ型の矩形圧電基板を形成する際には、基板の長辺方向が水晶のＺ’軸となるように設定するとよい。
また、圧電基板５の振動領域に形成した励振電極１５ａ、１５ｂの形状として、矩形電極の例を示したが、円形、楕円形、長円形であってもよい。
【００３５】
次に、厚み振動の圧電振動素子４を小型化する際に問題になるのは、支持に起因する応力を如何に低減するかと、長辺（Ｘ軸）方向の長さ寸法に起因する高次屈曲振動を如何に避けるかである。
本発明に係る圧電振動素子４の特徴を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は従来一般的に用いられている圧電基板５の形状（矩形）であり、圧電基板５の隣接する２つの角隅部を導電性接着剤３０で接着・固定した構造である。この構造は、接着剤３０の固定に起因して圧電基板５に応力が生じ、小型化を図る場合に問題がある。
図３（ｂ）は、特許文献１に開示された構造であり、圧電基板５の端部寄りの対向する２つの端縁に夫々対向するように両側から切り込みを入れた構成である。この構造では、長辺（Ｘ軸）方向の寸法Ａ、Ｂに起因する二種類の高次屈曲振動が励起されるため、このスプリアスを抑圧するのに難がある。
【００３６】
図３（ｃ）、（ｄ）は本発明の一例にかかる構造である。図３（ｃ）では圧電基板５の一つの角隅部と、Ｌ字状の支持部９の中間部（屈曲部）７、つまり支持腕９ａと９ｂとの交差部とを一体的に連結した構造である。この構造では圧電基板のＸ軸方向の長さＡに起因する高次屈曲振動はほぼ１種類となる。
また、図３（ｄ）では圧電基板５の角隅部と、Ｌ字状の支持部９の中間部７とが、角隅部寄りの短辺（Ｚ’軸方）５ｂの部位と一体的に連結された構造をしている。この構造ではＸ軸方向の長さに起因する高次屈曲振動は１種類となる。
【００３７】
図３（ｃ）、（ｄ）に示した構造を採用することにより、Ｘ軸方向の長さに起因する高次屈曲振動は１種類となり、圧電振動素子４を小型化する際に、主振動と高次屈曲振動との結合が比較的避け易くなる。
次に、圧電振動素子４の支持腕９ａ、９ｂの先端部（自由端側）を、絶縁基板上で導電性接着剤３０を用いて接着・固定した際に生じる応力（∝歪）を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションした。接着剤３０を硬化させるには高温、例えば１８０℃に所定の時間保持する必要がある。高温状態では圧電基板５も絶縁基板も共に膨張し、接着剤３０も軟化するので、圧電基板５には応力は生じていない。圧電基板５と絶縁基板との温度が、常温（２５℃）に戻ると、絶縁基板の線膨張係数と、圧電基板５の線膨張係数との差により、接着・固定部より生じる応力が支持部９を経由して圧電基板５にまで広がる。
【００３８】
図４（ａ）は、圧電振動素子４を絶縁基板上にマウントした状態を示す平面図であり、圧電振動素子４は、支持腕９ａ、９ｂの先端部で絶縁基板に固定されている。以下、圧電振動素子４に生じる応力分布を求めるシミュレーションでは、一例として矩形の圧電基板５を用い、長辺（Ｘ軸方向）５ａの長さを８５０μｍ、短辺（Ｚ’軸方向）５ｂの長さを４００μｍ、厚さ（Ｙ’軸方向）を６４μｍとした。
図４（ｂ）は圧電振動素子４の形状と、それに生じた応力の分布とを示す斜視図である。圧電振動素子４は、長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板５と、Ｌ字状の支持部９と、圧電基板５の一つの角隅部とＬ字状の支持部９の中間部（支持腕９ａ、９ｂの交差部）７と、を一体的に形成した圧電振動素子４である。
また、図４（ｂ）では、励振電極１５ａ、１５ｂと、リード電極１７ａ、１７ｂを省略しており、厚み方向の応力分布を示すために、厚み寸法を誇張して描いている。支持腕９ａ、９ｂの長さは、夫々圧電基板５の長辺、短辺の長さとほぼ等しく設定されている。また、各部材に生じる応力の大きさ（応力レベル）は、図の複雑化を避けるため、最大応力レベルＩから最小応力レベルＶの五段階（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ）で表示してある。
【００３９】
図４（ｂ）に示すような形状の圧電振動素子４の場合、支持腕９ａ、９ｂに生じる応力レベルは、最大応力レベルＩであり、長辺方向（Ｘ軸方向）に延びる支持腕９ａの先端部寄りの部位で、応力レベルがＩＩＩからＩＶに変わる菱形状の小領域Ｓ１が存在する。
また、Ｌ字状の支持部９の中間部７（Ｃ２）では先端に向け、応力レベルＩから応力レベルＶに急激に減少している。中間部７の中央領域Ｊでは同心円状に応力レベルＩからＶに急激に変化する小さな領域が存在する。また、中間部７の中央部に応力レベルが最大応力レベルＩから最小応力レベルＶに急激に変化する小さな円形状の領域がある。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７から圧電基板５にかけて、最大応力レベルＩから最小応力レベルＶに急激に変化する。そのため、圧電基板５の振動領域では応力レベルが最小応力レベルＶとなることがシミュレーションの結果、判明した。つまり、図４に示す形状の圧電振動素子４は、振動領域に発生する応力は極めて小さく、優れた振動素子であることが判明した。
【００４０】
次に、図５（ａ）は、他の実施形態に係る圧電振動素子４のマウント状態を示す平面図であり、圧電振動素子４は、支持腕９ａ、９ｂの先端部で絶縁基板上の素子搭載パッド上に固定されている。図５（ｂ）は圧電振動素子４の形状と、それに生じた応力の分布とを示す斜視図である。圧電振動素子４は、圧電基板５の一つの角隅部と、短辺方向（Ｚ’軸方向）に並行な支持腕９ｂとが、長辺（Ｘ軸）と並行に延びる連接部８により支持部９の中間部７と連接され一体的に形成された圧電振動素子４である。支持腕９ａ、９ｂは夫々圧電基板５の長辺、短辺の長さとほぼ等しく設定されている。
【００４１】
長辺（Ｘ軸）方向に並行に延びる連接部８により、圧電基板の一つの角隅部と支持腕９ｂとが連結された構造の圧電振動素子４の場合、支持腕９ａ、９ｂはほぼ最大応力レベルＩであるが、長尺の支持腕９ａの中央部より先端部寄りの部位で、応力レベルがからＶに変化する大きな菱形状の領域Ｓ２が存在する。また中間部７と短尺の支持腕９ｂとが連接する領域Ｓ３では、応力レベルがＩからＩＶに変化する領域が存在する。Ｌ字状の支持部９の中間部７（Ｃ２）では先端に向け、応力レベルＩから応力レベルＶに急激に減少しているが、図４（ｂ）に示す構造のものより変化する領域は小さい。
圧電基板５の一つの端縁と連結部８とが連接する領域Ｃ１では、連結部８から圧電基板５にかけて、最大応力レベルＩからＩＶに複雑に変化している。連結部８と圧電基板５との境界近辺では応力レベルがＩＶになり、圧電基板５の振動領域では応力レベルは最小応力レベルＶである。図５に示す形状の圧電振動素子４は、振動領域に発生する応力は極めて小さく、優れた振動素子であるが、長辺（Ｘ軸）方向の二つの長さに起因する高次屈曲振動を避けるように設計する必要がある。
【００４２】
図６（ａ）は、他の実施形態に係る圧電振動素子４のマウントの状態を示す平面図であり、圧電振動素子４は、支持腕９ａ、９ｂの先端部で絶縁基板に固定されている。図６（ｂ）は、圧電振動素子４の形状と、それに生じた応力の分布とを示す斜視図である。長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電振動素子４は、圧電基板５の一つの角隅部と、長辺方向（Ｘ軸方向）に延びる長尺の支持腕９ａとが、短辺（Ｚ’軸）５ｂと並行に延びる連結部８によって連接され一体的に形成された圧電振動素子４である。支持腕９ａ、９ｂは夫々圧電基板５の長辺５ａ、短辺５ｂの長さとほぼ等しく設定されている。
【００４３】
圧電基板５と支持部９とを連結する連結部８が短辺（Ｚ’軸）方向と並行に形成された圧電振動素子４の場合、支持腕９ａ、９ｂに生じる応力は、ほぼ最大応力レベルＩの領域であるが、支持腕９ａの中央部より先端部寄りの部位で、応力レベルがＩＩＩからＶに変化する菱形状の領域Ｓ２が存在する。Ｌ字状の支持部９の中間部７（Ｃ２）では先端に向け、応力レベルＩから応力レベルＶに急激に減少する極めて小さい領域がある。また、支持腕９ｂの中央部には応力レベルＩからＩＶまで急激に変化する菱形状の領域Ｓ３が存在する。
圧電基板５の一つの端縁と連結部８とが連接する部位では、連結部８のほぼ中央で長辺（Ｘ軸）方向に沿って、応力レベルが最大応力レベルＩから急激に最小応力レベルＶに変化している。圧電基板５の振動領域では応力レベルは最小応力レベルＶである。図６に示す形状の圧電振動素子４では、振動領域に生ずる応力レベルは最小レベルのＶであり、優れた振動素子であることが判明した。
【００４４】
次に、図７、図８及び図９に示すように、長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板５の一つの角隅部と、圧電基板５の２つの端縁と並行に延びる２つの振動腕９ａ、９ｂを有するＬ字状の支持部９の中間部（交差部）７と、を連接して一体化した圧電振動素子４において、支持腕９ａの長さを変化させた場合の応力分布の変化についてシミュレーションにより求めた。支持腕９ｂの長さは圧電基板５の短辺（Ｚ’軸）長さとほぼ等しくし、支持腕９ａの長さを、長辺の長さより短く、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍと変化させた絶縁基板上に圧電振動素子４をマウントする部位は、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）の平面図に示すように支持腕９ａ、９ｂの先端部とした。
【００４５】
図７（ｂ）は支持腕９ａの長さを１００μｍとした場合に、圧電振動素子４上に生じる応力分布を示した斜視図である。支持腕９ａ、９ｂのほとんどの部位に最大応力Ｉの領域が広がり、Ｌ字状支持部９の角隅領域Ｃ２では先端部に向けて最大応力Ｉから最小応力Ｖまで変化している。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７から圧電基板５の角隅部にかけて、最大応力レベルＩから応力レベルＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶと緩やかに変化している。応力レベルＩＶの領域は圧電基板５の振動領域の一部まで広がっており、圧電振動素子４の振動変位に影響し、この形状の圧電振動素子を用いて振動子を構成した場合に電気的特性を劣化させる虞がある。
【００４６】
図８（ｂ）は、支持腕９ａの長さを２００μｍとした場合、圧電振動素子４上に生じる応力分布を示した斜視図である。支持腕９ａ、９ｂのほとんどの部位に最大応力Ｉの領域が広がり、Ｌ字状支持部９の角隅領域Ｃ２では最大応力Ｉから最小応力Ｖまで変化していが、図７（ｂ）の領域Ｃ２より小さくなっている。また、中間部７の中央部に応力レベルが円形に変化する小さな領域が存在する。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７から圧電基板５の角隅部にかけて、応力レベルが最大応力レベルＩからＩＩ、ＩＩＩと急激に変化している。応力レベルＩＶは圧電基板５の振動領域の一部まで広がっている。
【００４７】
図９（ｂ）は、支持腕９ａの長さを３００μｍとした場合、圧電振動素子４上に生じる応力分布を示した斜視図である。支持腕９ａ、９ｂのほとんどの領域に最大応力Ｉの領域が広がり、Ｌ字状支持部９の角隅領域Ｃ２では先端部に向かって最大応力Ｉから最小応力Ｖまで変化しているが、図８（ｂ）の領域Ｃ２よりも小さくなっている。また、中間部７の中央部に応力レベルが円形に変化する小さな領域が存在する。
圧電基板５の角隅部と中間部７とが連接する領域Ｃ１では、中間部７と圧電基板５の角隅部とが接続する部位で、最大応力レベルＩから応力レベルＩＩ、ＩＩＩと急激に変化している。応力レベルＩＶの領域は圧電基板５の一部まで広がっているが、振動領域にかかる応力レベルＩＶの部分は小さく、圧電振動素子４を振動子とした場合、電気的特性に及ぼす影響は極めて小さいと推定される。
以上の説明では、水晶基板を用いて説明したが、圧電基板としては、タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板、ランガサイト基板等を用いてもよい。
【００４８】
圧電振動素子４を材料が異なる絶縁基板５上に固定する際に、絶縁基板の線膨張係数と圧電振動素子の線膨張係数との差により圧電振動素子に応力が生ずる。本発明の圧電振動素子４は、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の二つの端縁と並行に延びる二つの振動腕を有するＬ字状の支持部の中間部（二つの腕部の交差部）とを連接して一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、中間部の振動領域寄りでは応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電振動素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００４９】
本発明の一つの実施形態に係る圧電振動素子４は、図６に示すように、圧電基板の一つの角隅部近傍の長辺部位と、支持部の中間部とを、短辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力が生じるが、中間部の中央部で応力レベルは急激に減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５０】
本発明の他の実施形態に係る圧電振動素子４は、図５に示すように、圧電基板の一つの角隅部近傍の短辺部位と、支持部の中間部とを、長辺と並行な連結部で連接一体化した構成である。このような構成の圧電振動素子に生ずる応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、中間部の振動領域寄りの端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５１】
本発明の他の実施形態に係る圧電振動素子４は、図９に示すように、圧電基板の一つの角隅部と、圧電基板の２つの端縁と並行に延びる２つの振動腕を有するＬ字状の支持部の中間部（交差部）と、を連接して一体化し、且つ長辺方向に延びる振動腕の長さを圧電基板の長辺の長さの１／２以上とした構成である。このような構成の圧電振動素子に発生する応力分布をシミュレーションにより求めると、支持部には大きな応力レベルが生じるが、振動領域の端部までに応力レベルが減少し、圧電基板の振動領域に生じる応力レベルは極めて小さくなる。このような構成の圧電素子を用いて圧電振動子を構成すると、例えば周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５２】
パッケージ内に圧電振動素子４を収容して構成した表面実装型厚み滑り圧電振動子は、小型で低背であると共に、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
上記の圧電振動素子４の中間部７に対応する絶縁基板上に、中間部７と接する枕部材２８を設けることにより、圧電振動素子４と絶縁基板との平行度が容易に保たれ、圧電振動素子４の先端部が絶縁基板に触れる虞がなくなり、圧電振動子の歩留まりが改善されるという効果がある。
上記の圧電振動素子４の２つの支持腕の先端部と、絶縁基板に設けた素子搭載パッドとを接着・固定することにより、圧電振動素子４の振動領域における応力レベルは極めて小さくなり、周波数温度特性、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）、周波数再現性、エージング等の優れた電気的特性を有する圧電振動子が得られるという効果がある。
【００５３】
図１０は本発明に係る表面実装型圧電発振器３の構成を示す断面図である。表面実装型圧電発振器３は、本発明の実施形態に係る圧電振動素子４と、パッケージ本体（絶縁基板）２０ａと、ＩＣ部品３８と、蓋部材３５と、を備えている。
パッケージ本体（絶縁基板）２０ａは、圧電振動素子４の各リード電極１７ａ、１７ｂと電気的に接続される素子搭載パッド２７ａ、２７ｂ、及び何れの実装端子とも非導通の枕材２８を上面に備えると共に、他の部位にＩＣ部品搭載パッド２９と、外部に実装端子を備えている。ＩＣ部品３８は、発振回路、増幅回路、温度補償回路等を有している。
ＩＣ部品３８は、ＩＣ部品搭載パッド２９に金属バンプ等を用いて電気的に接続され、素子搭載パッド２７ａ、２７ｂ、と、ＩＣ部品搭載パッド２９と、実装端子２５と、は導体２６により導通が図られている。
上記の圧電振動素子４と、発振回路及び補償回路等を有するＩＣ部品３８と、圧電振動素子４及びＩＣ部品３８を収容するパッケージ２０ａと、を備えた表面実装型圧電発振器を構成することにより、周波数温度補償された出力が得られると共に、エージング特性も良好であり、且つ小型化、低背化に適した表面実装型圧電発振器が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００５４】
１…圧電振動子、３…圧電発振器、４…圧電振動素子、５…圧電基板、７…中間部、８…連結部、９…支持部、９ａ、９ｂ…支持腕、１５ａ、１５ｂ…励振電極、１７ａ、１７ｂ…リード電極、２０…パッケージ本体、２１、２２、２３…絶縁基板、２４…シールリング、２５…実装端子、２６…導体、２７ａ、２７ｂ…素子搭載パッド、２８…枕部材、２９…ＩＣ部品搭載パッド、３０…導電性接着剤、３５…蓋部材、３６…金属バンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動領域を備えた四角形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記短辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項３】
振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記長辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項４】
振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備え、前記長辺方向と並行に延びる前記支持腕の長さを前記圧電基板の長辺の長さの１／２以上としたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項５】
前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッドを上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、該素子搭載パッド上に搭載される請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電振動子。
【請求項６】
前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備え、
前記圧電振動素子のＬ字状の支持部の中間部を前記枕部材と対向するように配置したことを特徴とする表面実装型圧電振動子。
【請求項７】
前記各支持腕の先端部を前記素子搭載パッドと電気的に接着・固定したことを特徴とする請求項５又は６に記載の表面実装型圧電振動子。
【請求項８】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備えると共に他の部位にＩＣ部品搭載パッドを備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記ＩＣ部品搭載パッドに電気的に接続され且つ発振回路を搭載したＩＣ部品と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドと前記ＩＣ部品搭載パッドとの間を導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
【請求項１】
振動領域を備えた四角形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記短辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項３】
振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に近い前記長辺に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備えたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項４】
振動領域を備え長辺方向をＸ軸、短辺方向をＺ’軸とした矩形の圧電基板と、該圧電基板の前記振動領域の表裏両面に夫々成膜された励振電極と、前記圧電基板の一つの角隅部に中間部を連接一体化されて該中間部から前記圧電基板の２つの端縁と離間しつつ並行に延びる２本の支持腕を備えたＬ字状の支持部と、各励振電極から前記各支持腕に沿って夫々延びるリード電極と、を備え、前記長辺方向と並行に延びる前記支持腕の長さを前記圧電基板の長辺の長さの１／２以上としたことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項５】
前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッドを上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、該素子搭載パッド上に搭載される請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電振動子。
【請求項６】
前記圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドとを導通する導体と、を備え、
前記圧電振動素子のＬ字状の支持部の中間部を前記枕部材と対向するように配置したことを特徴とする表面実装型圧電振動子。
【請求項７】
前記各支持腕の先端部を前記素子搭載パッドと電気的に接着・固定したことを特徴とする請求項５又は６に記載の表面実装型圧電振動子。
【請求項８】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子の各リード電極と電気的に接続される素子搭載パッド、及び何れの前記実装端子とも非導通の枕部材を上面に備えると共に他の部位にＩＣ部品搭載パッドを備え、且つ外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載される請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、前記ＩＣ部品搭載パッドに電気的に接続され且つ発振回路を搭載したＩＣ部品と、前記各実装端子と前記各素子搭載パッドと前記ＩＣ部品搭載パッドとの間を導通する導体と、を備えたことを特徴とする表面実装型圧電発振器。
【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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１２−７４８０７（Ｐ２０１２−７４８０７Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６５５９（Ｐ２０１０−２１６５５９）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【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４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【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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