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発明の名称 圧電振動片および圧電デバイス
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−174562(P2007−174562A)
公開日 平成19年7月5日(2007.7.5)
出願番号 特願2005−372796(P2005−372796)
出願日 平成17年12月26日(2005.12.26)
代理人 【識別番号】100091306
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 友一
発明者 内藤 松太郎 / 小峰 賢二 / 山下 剛
要約 課題
スプリアスを抑圧した圧電振動片および圧電デバイスを提供する。

解決手段
圧電振動片10は圧電基板12を有し、この圧電基板12上に励振電極14等を備えた電極パターンを形成した構成である。そして圧電振動片10は、圧電基板12の外形を構成する少なくとも1辺がテーパー量nλ/4を有するテーパーにされた構成である。ここでλは、圧電基板12の外形にのる不要な振動モード(スプリアス)の波長である。またnは奇数である。そして励振電極14の外形を構成する少なくとも1辺がテーパーにされることもできる。またメサ形の圧電振動片の場合、メサ部の外形を構成する少なくとも1辺がテーパーにされることもできる。
特許請求の範囲
【請求項1】
圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、
前記圧電基板の外形の少なくとも1辺が、テーパー量nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)を有するテーパーにされたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項2】
圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、
前記圧電基板に形成されたメサ部の外形の少なくとも1辺がテーパーにされたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項3】
圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、
前記圧電基板に形成された励振電極の少なくとも1辺がテーパーにされたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項4】
前記テーパーは、nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)のテーパー量を有していることを特徴とする請求項2または3に記載の圧電振動片。
【請求項5】
圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、
前記圧電基板の外形と、前記圧電基板を形成するメサ部と、前記圧電基板に形成される励振電極とのいずれか2つまたは3つにおける、それぞれの少なくとも1辺がテーパーにされていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項6】
前記テーパーは、一方の端部が内部に入り、他方の端部が外部に出ていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電振動片。
【請求項7】
前記テーパーは、辺の中心部を基準にして対称に設けられたことを特徴とする請求項6に記載の圧電振動片。
【請求項8】
請求項1ないし7のいずれかに記載の前記圧電振動片をパッケージに搭載したことを特徴とする圧電デバイス。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電振動片および圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【0002】
圧電振動片は、圧電基板に電極パターンを設けた構成である。電極パターンは励振電極を備えており、この励振電極は圧電基板の両表面の中央部に設けられている。そして圧電基板としてATカットされた水晶基板を用いた場合、励振電極に電気信号を供給すると圧電基板には主振動として厚みすべり振動が励振されるとともに、不要な振動モードとして幅すべり振動や屈曲振動、輪郭すべり振動等が励振される。この不要な振動モードは、一定周波数の信号を圧電振動片から出力できない、周波数温度特性の悪化、周波数安定度の悪化等の様々な特性に悪影響を及ぼす。
【0003】
このため圧電振動片には、特許文献1に示されるように、例えば励振用電極と水晶基板長手方向の端部との間に、この水晶基板の長手方向の端部に平行な溝を複数設け、そしてこの溝を励振電極の端部から水晶基板の長手方向の端部に向かって徐々に深くなるように形成している。これにより圧電振動片は、厚みすべり振動の振動エネルギーの漏洩を防止し、スプリアスの原因となる不要な振動モードを抑圧している。
【0004】
また特許文献2には、圧電基板における主面の中心部を圧電基板の外形形状に略沿った周状の溝で囲み、この中心部に励振電極を設けることで、厚みすべり振動を主面の中心部から外周部に向かって段階的に減衰させることが開示されている。
さらに特許文献3には、厚みすべり振動を使用する場合に幅すべり振動が抑圧すべきスプリアスモードになるので、短冊形の水晶基板の外形を構成する辺のうち対向している辺の一方を他方に対して傾けることで幅すべり振動を抑圧し、所望の周波数温度特性を容易に実現することが開示されている。
【特許文献1】特開2003−46366号公報
【特許文献2】特開2005−252352号公報
【特許文献3】特開2001−7676号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで特許文献1は、ベベル形状に合わせて圧電基板に溝を形成しているので、この圧電振動片を搭載した圧電振動子を落下させてしまうと、落下の衝撃によって圧電基板が破断してしまうおそれがある。また特許文献2は、振動が励起される部分を溝で囲っているので、振動エネルギーの閉じ込め効果が大きくなり、このため溝の寸法で規定される不要な振動モードが発生してしまう。
【0006】
さらに特許文献3は、抑圧すべきスプリアスモードとして幅すべり振動のみを対象にしており、屈曲振動や輪郭すべり振動等の他の不要な振動モードを抑圧することは開示されていない。そして特許文献3は、所望の周波数温度特性を得ることを目的にしており、圧電振動片の様々な特性に影響を与える多くの不要な振動モード(スプリアス)を抑圧するものでない。
本発明は、スプリアスを抑圧した圧電振動片および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】
本発明に係る圧電振動片は、圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、前記圧電基板の外形の少なくとも1辺が、テーパー量nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)を有するテーパーにされたことを特徴としている。この場合、スプリアス波長は、圧電基板の外形にのる不要な振動モード(スプリアス)の波長である。そして圧電振動片の外形にのる不要な振動モードが励振されたとしても、この振動モードの節以外の部分が圧電基板の輪郭部分(テーパー部分)に来るので、不要な振動モードの定在波が生じることはない。したがって、圧電振動片の外形にのる不要な振動モード、すなわちスプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。また圧電振動片は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので強度が弱くなることはなく、落下等の衝撃によって破断してしまうおそれはない。
【0008】
また本発明に係る圧電振動片は、圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、前記圧電基板に形成されたメサ部の外形の少なくとも1辺がテーパーにされたことを特徴としている。これにより、圧電振動片のメサ部にのる不要な振動モード、すなわちスプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。また圧電振動片は、スプリアスを抑圧するために、そのメサ部の外形をテーパーにしただけなので強度が弱くなることはなく、落下等の衝撃によって破断してしまうおそれはない。
【0009】
また本発明に係る圧電振動片は、圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、前記圧電基板に形成された励振電極の少なくとも1辺がテーパーにされたことを特徴としている。これにより、圧電振動片の励振電極にのる不要な振動モード、すなわちスプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。また圧電振動片は、スプリアスを抑圧するために、そのメサ部の外形をテーパーにしただけなので強度が弱くなることはなく、落下等の衝撃によって破断してしまうおそれはない。
【0010】
この場合、前記テーパーは、nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)のテーパー量を有していることを特徴としている。すなわちこの特徴は、前記メサ部の外形の少なくとも1辺がテーパー量nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)を有するテーパーにされた構成であり、このスプリアス波長は前記メサ部にのる不要な振動モード(スプリアス)の波長である。そしてメサ部にのる不要な振動モードが励振されたとしても、この振動モードの節以外の部分がメサ部の輪郭部分(テーパー部分)に来るので、不要な振動モードの定在波が生じることはない。したがって、スプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。
【0011】
またこの特徴は、前記励振電極の外形の少なくとも1辺がテーパー量nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)を有するテーパーにされた構成であり、このスプリアス波長は前記励振電極にのる不要な振動モード(スプリアス)の波長である。そして励振電極にのる不要な振動モードが励振されたとしても、この振動モードの節以外の部分が励振電極の輪郭部分(テーパー部分)に来るので、不要な振動モードの定在波が生じることはない。したがって、スプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。
【0012】
また本発明に係る圧電振動片は、圧電基板を用いて形成した圧電振動片であって、前記圧電基板の外形と、前記圧電基板を形成するメサ部と、前記圧電基板に形成される励振電極とのいずれか2つまたは3つにおける、それぞれの少なくとも1辺がテーパーにされていることを特徴としている。
【0013】
すなわち圧電振動片は、前記圧電基板の外形と、前記圧電基板を形成する前記メサ部と、前記圧電基板に形成される前記励振電極との中からいずれか2つを選択し、または3つ全てを選択して、この選択されたそれぞれの少なくとも1辺をテーパーにした構成である。この場合、前記テーパー量はnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)とするのが好ましい。一例としては、圧電基板の外形、圧電基板を形成するメサ部および圧電基板に形成される励振電極の中から、圧電基板の外形と圧電基板に形成される励振電極が選択された場合、圧電基板の外形の少なくとも1辺がテーパーにされるとともに、励振電極の少なくとも1辺がテーパーにされればよい。これにより圧電振動片に生じるスプリアスのモードに則して、このスプリアスを抑圧することができる。
【0014】
また前記テーパーは、一方の端部が内部に入り、他方の端部が外部に出ていることを特徴としている。すなわち圧電基板の外形の少なくとも1辺がテーパーにされているならば、このテーパーは、従来の矩形基板に比べて一方の端部が圧電基板の内部に入り、他方の端部が圧電基板の外部に出た構成である。またメサ部の外形の少なくとも1辺がテーパーにされているならば、このテーパーは、従来の矩形メサ部に比べて一方の端部がメサ部の内部に入り、他方の端部がメサ部の外部に出た構成である。さらに励振電極の外形の少なくとも1辺がテーパーにされているならば、このテーパーは、従来の矩形電極に比べて一方の端部が励振電極の内部に入り、他方の端部が励振電極の外部に出た構成である。これにより本発明に係る圧電振動片は、従来の矩形基板を用いた圧電振動片や、従来の矩形メサ部を有する圧電振動片、従来の矩形電極を用いた圧電振動片と同様な形状となるので、これらの従来設計を利用して設計されることができる。
【0015】
また前記テーパーは、辺の中心部を基準にして対称に設けられたことを特徴としている。これにより本発明に用いられる圧電基板は従来の矩形基板と同面積にすることができ、また本発明に用いられるメサ部は従来の矩形メサ部と同面積にすることができ、さらに本発明に用いられる励振電極は従来の矩形電極と同面積にすることができる。よって本発明に係る圧電振動片は、従来の圧電振動片の設計を大きく変えることなくスプリアスのモードの種類に則して容易に設計されることができ、短時間で、かつ、低コストで得ることができる。
【0016】
また本発明に係る圧電デバイスは、前記圧電振動片をパッケージに搭載したことを特徴としている。これにより圧電デバイスは、スプリアスを抑圧した圧電振動片を備えているので一定周波数の信号を出力でき、また周波数温度特性の悪化を防止でき、さらに周波数安定度の悪化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下に、本発明に係る圧電振動片および圧電デバイスの最良の実施形態について説明する。まず第1の実施形態について説明する。図1は圧電基板の外形を構成する長辺をテーパーにした圧電振動片の平面図である。圧電振動片10は、圧電基板12に電極パターンを形成した構成である。この電極パターンは、励振電極14、接続電極16および引き出し電極18を備えており、圧電基板12の表面に設けられている。具体的には、励振電極14は、圧電基板12の中央部に設けられている。励振電極14は、電気信号を圧電基板12に供給し、この電気信号によって圧電基板12が励振すると、この励振出力を取り出すものである。また接続電極16は、圧電基板12のある1辺の両端部に設けられている。この接続電極16は、圧電振動片10をパッケージ等に搭載したときに、パッケージと接合固着される箇所になるとともに、パッケージに設けられたマウント電極と導通する。そして引き出し電極18は、励振電極14と接続電極16を1対1に対応させて導通させている。
【0018】
また長辺20と短辺22で構成される圧電基板12の外形の少なくとも1辺はテーパーになっている。そして図1に示される場合では、圧電基板12の外形を構成する長辺20がテーパーに形成されており、圧電振動片10を平面視すると台形形状になっている。なお図1の各図に示される二点鎖線は、従来の矩形の圧電基板(以下、矩形基板という。)の外形を参考として示している。
【0019】
より具体的に説明すると、以下のようになっている。図1(A)に示される圧電振動片10は、圧電基板12の外形を形成する長辺20の1つがテーパーになった構成である。このテーパーは、辺の中心を基準にして対称に設けられており、二点鎖線で示される矩形基板と比較して、一方の端部が圧電基板12の内部に入り、他方の端部が圧電基板12の外部に出ている。すなわち図1(A)に示される場合では、矩形基板と比較して、圧電振動片10の先端側24の端部が圧電基板12の内部に入り、接続電極16が形成されている圧電振動片10の基端側26が圧電基板12の外部に出ている。
【0020】
そして一方の端部が圧電基板12の内部に入る量(テーパー量A1)や他方の端部が圧電基板12の外部に出る量(テーパー量A2)は、nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となる。ここで、このスプリアスの波長は、圧電基板12の外形にのる不要な振動モード(スプリアス)の波長であり、計算や実験により求めることができる。なお前述したように、テーパーは、辺の中心を基準にして対称に形成されているので、テーパー量A1とテーパー量A2が同じ値になっている。このため二点鎖線で示される矩形基板と比較して、一方の端部が圧電基板12の内部に入ることで狭まった部分(左上から右下に向けて斜線を引いて示した部分)と、他方の端部が圧電基板12の外部に出ることで広がった部分(右上から左下に向けて斜線を引いて示した部分)とは同じ面積になっている。
【0021】
ここで圧電基板12の外形にのるスプリアスの波長λは、場合によって異なるが、おおよそ圧電振動片10の発振周波数fで決まり、λ[mm]=2.6/f[MHz]±50[%]から求められる。このためテーパー量は、この式から求められた波長λのn/4(n:奇数)倍程度、すなわち波長λのn/4(n:偶数)倍でなければ、スプリアスの節以外の部分が圧電基板12の外形に位置することになる。よって圧電基板12にスプリアスの定在波が生じることがないので、スプリアスが抑圧されることになる。
【0022】
そして、このような圧電振動片10は、フォトリソグラフィを用いた加工を行うことにより得ることができる。圧電基板12の外形形成の概略を説明すると次のようになる。すなわち、まず圧電ウエハの上に金属を成膜する。そしてフォトリソグラフィを用いた加工により、この金属膜の形状を、外形にテーパーを有する圧電基板12の形状に倣ったものにする。この後、この金属膜をマスクとして用いて圧電ウエハをエッチングし、圧電基板12を形成する。最後に、圧電基板12の表面にある金属膜を除去する。
【0023】
また図1(B),(C)に示されるように、圧電基板12の外形を構成する長辺20の両方をテーパーにすることもできる。図1(B)に示されるテーパーにされた長辺20は、図1(A)を用いて説明したテーパーと同様の構成であり、各テーパーとも長辺20の中心を基準にして対称となっている。そして圧電振動片10の先端側24ではいずれの長辺20とも矩形基板と比較して圧電基板12の内部に入り、また圧電振動片10の基端側26ではいずれの長辺20とも圧電基板12の外部に出ている。これらのテーパー量Aは、いずれもnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。
【0024】
また図1(C)に示されるテーパーにされた長辺20は、図1(A)を用いて説明したテーパーと同様の構成であり、いずれのテーパーとも長辺20の中心を基準にして対称になっている。そして長辺20は平行になっており、圧電振動片10を平面視すると平行四辺形になっている。なおテーパー量Aは、いずれもnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。
【0025】
また圧電基板12の外形を構成する短辺22をテーパーにすることもできる。図2は圧電基板の外形にテーパーを設けた圧電振動片の平面図である。なお図2の各図に示される二点鎖線は、矩形基板の外形形状を参考として示している。図2(A)に示される圧電振動片10は、先端側24にある短辺22がテーパーになった構成である。このテーパーは、図1(A)を用いて説明したテーパーと同様の構成であり、短辺22の中心を基準にして対称になっている。そしてテーパーとなっている短辺22の一方の端部が圧電基板12の内部に入り、他方の端部が圧電基板12の外部に出ている。すなわち図2(A)に示される場合では、図面の下側の端部が圧電基板12の内部に入り、上側の端部が圧電基板12の外部に出ている。なおテーパー量Aはnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。ここでスプリアスの波長は、圧電基板12の外形にのる不要な振動モードの波長であり、計算や実験により求めることができる。
また圧電振動片10の基端側26にある圧電振動片10の短辺22をテーパーにすることもできる。この場合も、この短辺22の中心を基準にして対称にすればよく、テーパー量をnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)とすればよい(不図示)。
【0026】
また圧電振動片10の外形を構成する長辺20の少なくとも一方をテーパーにするとともに、短辺22の少なくとも一方をテーパーにすることもできる。ここで図2(B)に一例が示される圧電振動片10は、1つの長辺20をテーパーにするとともに、1つの短辺22をテーパーにした構成である。これらのテーパーは、図1や図2(A)を用いて説明したテーパーと同様の構成であり、各辺の中心を基準にして対称になっている。このため図2(B)に示される圧電振動片10では、テーパーにされている長辺20における圧電振動片10の先端側24の端部が圧電基板12の内部に入り、基端側26の端部が圧電基板12の外部に出ている。またテーパーにされている短辺22において、図面の下側に位置する端部が圧電基板12の内部に入り、図面の上側に位置する端部が圧電基板12の外部に出ている。そしてテーパー量Aは、それぞれnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。
【0027】
なおテーパーにされる辺は図2(B)に示される形態に限定されることはない。したがって、いずれか1つの短辺22と両方の長辺20をテーパーにすることができ、またいずれか1つの長辺20と両方の短辺22をテーパーにすることができ、さらに全ての短辺22と長辺20をテーパーにすることができる。
【0028】
このように圧電振動片10(圧電基板12)の外形の少なくとも1辺がテーパーにされることにより、圧電振動片10の外形にのる不要な振動の節以外がテーパーの位置に来ることになるので、この不要な振動が打ち消される。したがって、不要な振動の定在波が生じないので、圧電振動片10の外形にのる不要な振動モード、すなわちスプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。
【0029】
また圧電振動片10は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので、従来の矩形基板を用いた圧電振動片の設計を利用することができる。そして特に、圧電振動片10は、テーパーにされた辺における一方の端部のテーパー量と他方の端部のテーパー量を同じにしているので、テーパーが形成されている圧電基板12の面積と従来の圧電振動片に用いられる矩形基板の面積を同じにすることができ、従来の矩形基板を用いた圧電振動片の設計を大きく変える必要がない。よって本実施形態に係る圧電振動片10は、スプリアスのモードの種類に則して容易に設計されることができ、短時間で、かつ、低コストで得ることができる。
また圧電振動片10は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので、落下等の衝撃によって破断してしまうおそれはない。
【0030】
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態と同様の構成部分に同番号を付し、その説明を省略または簡略する。図3は第2の実施形態に係る圧電振動片の平面図である。なお図3の各図に示される二点鎖線は、従来の矩形に形成されたメサ部(以下、矩形メサ部という。)の外形を参考として示している。第2の実施形態に係る圧電振動片10はメサ形であり、圧電基板12の少なくとも一方の表面にメサ部30が形成されている。このメサ部30の上面に励振電極14が形成されている。
【0031】
そして長辺(メサ長辺32)と短辺(メサ短辺34)で構成されるメサ部30の外形の少なくとも1辺がテーパーになっている。図3(A)に一例が示される場合では、メサ長辺32の1つがテーパーにされている。そしてテーパーは、第1の実施形態と同様に、メサ長辺32の中心を基準にして対称に設けられており、一方の端部がメサ部30の内部に入り、他方の端部がメサ部30の外部に出ている。すなわち図3(A)に示される場合では、矩形メサ部と比較して、圧電振動片10の先端側24にある端部がメサ部30の内部に入り、接続電極16が形成された圧電振動片10の基端側26にある端部がメサ部30の外部に出ている。
【0032】
このテーパーは、メサ長辺32の中心を基準にして対称になっているので、メサ短辺34に沿う方向における一方の端部の入る量(テーパー量B1)と、他方の端部の出る量(テーパー量B2)はいずれも同量となり、テーパー量B1,B2はnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。ここで、このスプリアスの波長は、メサ部30にのる不要な振動モードの波長であり、計算や実験により求めることができる。このため二点鎖線で示される矩形メサ部と比較して、一方の端部がメサ部30の内部に入ることで狭まった部分(左上から右下に向けて斜線を引いて示した部分)と、他方の端部がメサ部30の外部に出ることで広がった部分(右上から左下に向けて斜線を引いて示した部分)とは同じ面積になっている。
【0033】
そしてメサ部30においてテーパーにされる辺は、図3(A)に示される場合に限定されるものではない。またテーパーは、圧電振動片10の基端側26にある端部がメサ部30の内側に入り、先端側24にある端部が外側に出た構成であってもよい。またメサ部30は、両方のメサ長辺32がテーパーにされた構成であってもよく、メサ短辺34の少なくとも一方がテーパーにされた構成であってもよい。さらにメサ部30は、図3(B)に一例が示されるように、メサ長辺32の少なくとも一方がテーパーにされるとともに、メサ短辺34の少なくとも一方がテーパーにされた構成であってもよい。この場合も各テーパーは、各辺の中心を基準にして対称になっていればよく、テーパー量Bはいずれもnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)であればよい。
なお外形の少なくとも1辺がテーパーにされたメサ部30は、第1の実施形態で説明した圧電基板の形成方法と同様にして形成されることができる。
【0034】
このようにメサ部30の外形を構成する少なくとも1辺がテーパーにされることにより、メサ部30にのる不要な振動の節以外がテーパーの位置に来ることになるので、この不要な振動が打ち消される。したがって、不要な振動の定在波がメサ部30に生じないので、メサ部30にのる不要な振動モード、すなわちメサ部30に生じるスプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。
【0035】
また圧電振動片10のメサ部30は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので、従来の矩形メサ部の設計を利用することができる。そして特に、メサ部30は、テーパーにされた辺における一方の端部のテーパー量Bと他方の端部のテーパー量Bを同じにしているので、テーパーが形成されているメサ部30の面積と従来の矩形メサ部の面積を同じにすることができ、従来の矩形メサ部の設計を大きく変える必要がない。よって、メサ部30を備えた圧電振動片10は、メサ部30に生じるスプリアスのモードの種類に則して容易に設計されることができ、短時間で、かつ、低コストで得ることができる。
【0036】
また圧電振動片10のメサ部30は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので、落下等の衝撃によって圧電振動片10が破断してしまうおそれはない。
なお第2の実施形態で説明したテーパーは、逆メサ形の圧電振動片にも適用することができる。
【0037】
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、第1の実施形態と同様の構成部分に同番号を付し、その説明を省略または簡略する。図4は第3の実施形態に係る圧電振動片の平面図である。なお図4の各図に示される二点鎖線は、従来の矩形状に形成された励振電極(以下、矩形電極という。)の外形を参考として示している。第3の実施形態に係る圧電振動片10は短冊形またはメサ形であり、圧電基板12に設けられた励振電極14の少なくとも1辺がテーパーにされた構成である。この励振電極14は、励振電極14の長辺(電極長辺40)と励振電極14の短辺(電極短辺42)で構成されている。
【0038】
図4(A)に示される短冊形の圧電振動片10は、電極長辺40の1つがテーパーにされている。このテーパーは、第1の実施形態と同様に、電極長辺40の中心を基準にして対称に形成されており、矩形電極に比べて一方の端部が励振電極14の内部に入り、他方の端部が励振電極14の外部に出ている。すなわち図4(A)に示される場合では、圧電振動片10の先端側24にある端部が励振電極14の内部に入り、基端側26にある端部が励振電極14から出ている。
【0039】
そしてテーパーは、電極長辺40の中心を基準にして対称になっているので、電極短辺42に沿う方向における一方の端部の入る量(テーパー量C1)と、他方の端部の出る量(テーパー量C2)はいずれも同量となり、テーパー量C1,C2はnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。ここで、このスプリアスの波長は、励振電極14にのる不要な振動モードの波長であり、計算や実験により求めることができる。このため二点鎖線で示される矩形電極と比較して、一方の端部が励振電極14の内部に入ることで狭まった部分(左上から右下に向けて斜線を引いて示した部分)と、他方の端部が励振電極14の外部に出ることで広がった部分(右上から左下に向けて斜線を引いて示した部分)とは同じ面積になっている。
【0040】
なお励振電極14においてテーパーにされた辺の位置は、図4(A)に示される場合に限定されるものではない。またテーパーは、圧電振動片10の基端側26にある端部が励振電極14の内部に入り、圧電振動片10の先端側24にある端部が励振電極14の外部に出る構成であってもよい。また励振電極14は、両方の電極長辺40がテーパーにされた構成であってもよく、電極短辺42の少なくとも一方がテーパーにされた構成であってもよい。また励振電極14は、電極長辺40の少なくとも一方がテーパーにされるとともに、電極短辺42の少なくとも一方がテーパーにされた構成であってもよい。
【0041】
また図4(B)に示されるように、メサ部30に設けられる励振電極14の少なくとも1辺をテーパーにすることもできる。この場合も、図4(A)に示されるテーパーと同様の構成であればよく、テーパー量Cはnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)となっている。
【0042】
なお外形の少なくとも1辺がテーパーにされた励振電極14は、フォトリソグラフィを用いた加工を行うことにより得ることができる。励振電極14を形成するための概略は次のようになる。すなわち、まず圧電基板12の上に励振電極用の金属を成膜する。そしてフォトリソグラフィを用いた加工により、この金属膜上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンの形状は、テーパーを有する励振電極14の形状に倣っている。この後、レジストパターンをマスクとして利用して、このレジストパターンから露出している部分の金属膜をエッチングし、レジストパターンを除去すると、圧電基板12の上に励振電極14が形成される。
【0043】
このように圧電振動片10に設けられた励振電極14の少なくとも1辺がテーパーにされることにより、励振電極14にのる不要な振動の節以外がテーパーの位置に来ることになるので、この不要な振動が打ち消される。したがって、不要な振動の定在波が生じないので、励振電極14にのる不要な振動モード、すなわちスプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができる。
【0044】
また圧電振動片10の励振電極14は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので、従来の矩形電極の設計を利用することができる。そして特に、励振電極14は、テーパーにされた辺における一方の端部のテーパー量Cと他方の端部のテーパー量Cを同じにしているので、テーパーが形成されている励振電極14の面積と従来の矩形電極の面積を同じにすることができ、従来の矩形電極の設計を大きく変える必要がない。よって圧電振動片10は、励振電極14に生じるスプリアスのモードの種類に則して容易に設計されることができ、短時間で、かつ、低コストで得ることができる。
また圧電振動片10の励振電極14は、スプリアスを抑圧するために、その外形をテーパーにしただけなので、落下等の衝撃によって圧電振動片10が破断してしまうおそれはない。
【0045】
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、第1〜3の実施形態で説明したテーパーを組み合わせた形態について説明する。このため第4の実施形態では、前述した実施形態と同様の構成部分に同番号を付し、その説明を省略または簡略する。圧電振動片10に生じるスプリアスは、前述したように圧電基板12の外形にのるもの、メサ部30にのるもの、励振電極14にのるものがある。このため圧電振動片10には、これらのスプリアスが組み合わさって生じることがある。第4の実施形態に係る圧電振動片10は、各スプリアスに応じて圧電基板12の外形、メサ部30および励振電極14にテーパーを設けて、このスプリアスを抑圧するものである。
【0046】
図5は第4の実施形態に係る圧電振動片の平面図である。なお図5の各図に示される二点鎖線は、矩形基板、矩形メサ部、矩形電極を参考として示している。第4の実施形態に係る圧電振動片10は、圧電基板12の外形、メサ部30および励振電極14のうちのいずれか2つにおいて、または3つ全てにおいて、それぞれの少なくとも1辺にテーパーを設けた構成である。
【0047】
図5(A)に一例が示される短冊形の圧電振動片10は、圧電基板12の外形にのるスプリアスおよび励振電極14にのるスプリアスを抑圧したものであり、圧電基板12の外形の少なくとも1辺がテーパーにされるとともに、励振電極14の少なくとも1辺がテーパーにされている。より具体的には、圧電基板12における1つの長辺20がテーパーにされている。このテーパー量Aは、第1の実施形態で説明したように、nλ/4(λ:圧電基板12にのるスプリアスの波長、n:奇数)となっている。また励振電極14における1つの電極長辺40がテーパーにされている。このテーパー量Cは、第3の実施形態で説明したように、nλ/4(λ:励振電極14にのるスプリアスの波長、n:奇数)となっている。
【0048】
また図5(B)に一例が示されるメサ形の圧電振動片10は、メサ部30にのるスプリアスおよび励振電極14にのるスプリアスを抑圧したものであり、メサ部30の少なくとも1辺がテーパーにされるとともに、励振電極14の少なくとも1辺がテーパーにされている。より具体的には、メサ部30における1つのメサ長辺32と1つのメサ短辺34がテーパーにされている。このテーパー量Bは、第2の実施形態で説明したように、nλ/4(λ:メサ部30にのるスプリアスの波長、n:奇数)となっている。また励振電極14における1つの電極長辺40がテーパーにされている。このテーパー量Cは、第3の実施形態で説明したように、nλ/4(λ:励振電極14にのるスプリアスの波長、n:奇数)となっている。
これにより圧電振動片10は、圧電振動片10の外形やメサ部30、励振電極14にのる不要な振動モード、すなわちスプリアスのモードの種類に則して、これらを抑圧することができる。
【0049】
なお第1〜4の実施形態では、テーパーは辺の中心を基準にした対称の形状であるが、この形態に限定されることはない。図6はテーパーの変形例を説明するための圧電振動片の平面図である。図6(A)に一例が示されるように、テーパーは、長辺20の一端を基準にして、その他端をテーパー量D=nλ/4(λ:圧電基板12の外形にのるスプリアスの波長、n:奇数)だけずらした構成であってもよい。この図6(A)に示されるテーパーの構成は、メサ部30や励振電極14にも適用することができる。
【0050】
また図6(B)に一例が示されるように、テーパーは、長辺20における一方の端部のテーパー量E1を0<E1<nλ/4(λ:圧電基板12の外形にのるスプリアスの波長、n:奇数)として圧電基板12の内部に入り込ませ、他方の端部のテーパー量E2をnλ/4(λ:圧電基板12の外形にのるスプリアスの波長、n:奇数)として圧電基板12の外部に出した構成であってもよい。また、この構成の変形例としては、長辺20における一方の端部のテーパー量E3をnλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)として圧電基板12の内部に入り込ませ、他方の端部のテーパー量E4を0<E4<nλ/4(λ:スプリアスの波長、n:奇数)として圧電基板12の外部に出した構成であってもよい(不図示)。そして図6(B)に示されるテーパーの構成やこの変形例は、メサ部30や励振電極14にも適用することができる。
これにより圧電振動片10は、スプリアスのモードの種類に則した抑圧をすることができ、従来の設計を利用することができる。
【0051】
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態では、第1〜4の実施形態で説明した圧電振動片をパッケージに搭載した圧電デバイスについて説明する。図7は圧電デバイスの断面図である。圧電デバイス50は、パッケージ52に圧電振動片10を搭載したものである。具体的には、圧電デバイス50は、上方に開口する凹陥部54を備えたパッケージベース56を有している。このパッケージベース56の底面、すなわち凹陥部54の底面には、圧電振動片10を搭載するためのマウント電極58が設けられている。このマウント電極58は、パッケージベース56の裏面に設けられた外部端子60と導通している。またマウント電極58の上に導電性接着剤62が設けられており、圧電振動片10に設けられている接続電極と導電性接着剤62が接合し、この導電性接着剤62によって圧電振動片10がパッケージベース56に搭載される。そしてパッケージベース56の上面に蓋体64が接合されており、凹陥部54を気密封止している。
【0052】
また圧電デバイス50は、図示していないが、圧電振動片10を発振させる回路や、外部からの制御電圧によって発振周波数を変える電圧制御回路、圧電振動片10の周囲温度にかかわらず一定の周波数を出力するように周波数温度特性を補正する温度補償回路等を凹陥部54に備えることができる。
【0053】
これにより圧電デバイス50は、前述した特徴を有する圧電振動片10を備えているので一定周波数の信号を出力でき、また周波数温度特性の悪化するのを防止でき、さらに周波数安定度の悪化するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】圧電基板の外形を構成する長辺をテーパーにした圧電振動片の平面図である。
【図2】圧電基板外形にテーパーを設けた圧電振動片の平面図である。
【図3】第2の実施形態に係る圧電振動片の平面図である。
【図4】第3の実施形態に係る圧電振動片の平面図である。
【図5】第4の実施形態に係る圧電振動片の平面図である。
【図6】テーパーの変形例を説明するための圧電振動片の平面図である。
【図7】圧電デバイスの断面図である。
【符号の説明】
【0055】
10………圧電振動片、12………圧電基板、14………励振電極、20………長辺、22………短辺、30………メサ部、32………メサ長辺、34………メサ短辺、40………電極長辺、42………電極短辺、50………圧電デバイス、52………パッケージ。




 

 


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