本发明涉及一种以厚度切变振动模式(thickness-shearvibrationmode)振动的压电振子、压电振荡器等的压电装置(piezoelectricdevice)。
背景技术：
各种电子设备中，为了选择或控制频率等，而多使用晶体振子或晶体振荡器等的压电装置。具代表的压电装置中，有利用厚度切变振动的压电装置。若以晶体振子而言，则为at切割晶体振子及sc切割晶体振子所代表的双旋转切割晶体振子。
使用厚度切变振动的压电装置中，存在主振动、和除此以外的振动即无用振动，当两者结合时，压电装置的特性变差。作为抑制无用振动的技术，例如专利文献1的现有技术栏中公开了以下技术：在晶体片的主面上且未形成激振电极的区域中，涂布接着剂并进行加重，由此抑制无用振动。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2003-309446
技术实现要素：
[发明所要解决的问题]
另一方面，对于压电装置而言，特性改善的要求日益提高。例如，对于高精度的温度补偿型晶体振荡器(temperaturecompensatecrystaloscillator，tcxo)而言，有以下的要求：测定晶体振子自身的频率温度特性，并以高次函数、例如4次～7次等的函数将其温度特性近似，依其近似式补偿频率，以使自tcxo的输出的温度特性尽可能平坦。为了满足这种要求，理想的是，晶体振子自身的与频率温度特性有关的近似曲线的相关系数成为1。然而，实际上大多数温度下会产生所谓频率跳变(frequencydip)、即频率偏离近似曲线的现象。针对高精度tcxo所利用的晶体振子的频率温度特性，虽然所述理想状态不可能实现，但也期望在使用预定的环境温度范围、例如-40℃～+85℃的范围内，所述频率跳变为±0.2ppm以内，更优选±0.15ppm以内。
针对这种需求，专利文献1的方法中，无法忽视涂布接着剂的精度偏差，可能反而导致压电装置的特性变差。考虑到压电装置小型化的日益进步，期望出现可应对所述需求的技术。
本申请是鉴于这些方面而成，因此，本申请的目的在于提供一种具有适于抑制无用振动的构造的压电装置。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本申请第一方面的压电装置具备压电基板、设于所述压电基板的第一主面的第一激振电极及从所述第一激振电极引出到所述压电基板的其中一端的第一引出电极、设于所述压电基板的与所述第一主面相向的第二主面的第二激振电极及从所述第二激振电极引出到所述压电基板的另一端的第二引出电极、以及收容所述压电基板的容器，且所述压电装置以厚度切变振动模式振动，并且，在所述压电装置中：
在所述第一主面的与所述第二引出电极相向的区域上、且以距离d1远离所述第一激振电极的区域中，具有：电位与所述第二激振电极相同的第一无用振动抑制电极，和/或，
在所述第二主面的与所述第一引出电极相向的区域上、且以距离d2远离所述第二激振电极的区域中，具有：电位与所述第一激振电极相同的第二无用振动抑制电极，其中，在具备第一无用振动抑制电极及第二无用振动抑制电极的双方的情况下，所述距离d1、所述距离d2可相同也可不同。
另外，本申请的第二方面的压电装置，其中，在所述第一方面的压电装置中，将第一方面的构成中所具备的无用振动抑制电极的膜厚设为既定膜厚，所述既定膜厚与和所述无用振动抑制电极设于同一平面上的激振电极的膜厚不同。
另外，本申请第三方面的压电装置，其中，在所述第一方面或第二方面所具备的无用振动抑制电极的表面上具备无用振动抑制调整痕。
另外，本申请第四方面的压电装置，其中，在所述第一方面、第二方面或第三方面的压电装置所具备的无用振动抑制电极上进一步具备异种材料。异种材料例如可为接着剂，进而接着剂宜为导电性接着剂。
此外，当实施这些方面时，所述压电装置可为将压电基板于其一端侧两处保持的所谓单侧保持构造、将压电基板于其相向两端保持的所谓两侧保持构造的任一种。进而，作为在所述各构成的任一者中进而具备振荡电路的振荡器的压电装置也包括在本发明的压电装置中。
[发明的效果]
根据第一方面的压电装置，在压电基板的既定区域中设有抑制电极，因此与不设置抑制电极的情况相比，像后述实验结果所表明那样可减少频率温度特性中的频率跳变。另外，由于具有可在形成激振电极时一体地形成无用振动抑制电极等特征，因此与涂布接着剂进行加重的情况相比，能以良好的精度将无用振动抑制电极配置在压电基板上。因此，导致压电装置原本的特性例如晶体阻抗(crystalimpedance)变差等的可能性也少。
根据第二方面的压电装置，将无用振动抑制电极的膜厚设为与激振电极的膜厚不同的既定膜厚，因此与简单地利用与激振电极相同的薄膜构成无用振动抑制电极的情况相比，能以良好的精度抑制无用振动。
根据第三方面的压电装置，在无用振动抑制电极的表面上具备无用振动调整痕，因此与简单地利用与激振电极相同的薄膜构成无用振动抑制电极的情况相比，能以良好的精度抑制无用振动。
根据第四方面的压电装置，在无用振动抑制电极上进一步具备异种材料例如接着剂，因此与简单地利用与激振电极相同的薄膜构成无用振动抑制电极的情况相比，能以良好的精度抑制无用振动。
附图说明
图1a、图1b、图1c为第一方面的第一实施方式的压电装置10的说明图。
图2a、图2b为第一方面的实施例的说明图。
图3a、图3b为第一方面的实施例及比较例的说明图。
图4为第一方面的第二实施方式的压电装置30的说明图。
图5a、图5b为第一方面的第三实施方式的压电装置40的说明图。
图6a、图6b为第一方面的第四实施方式的压电装置50、第五实施方式的压电装置60的说明图。
图7为第一方面的实施方式的说明图，且为对抑制电极与激振电极的距离、与振子的损耗的关系进行说明的图。
图8为第二方面的实施方式的说明图。
图9为第三方面的实施方式的说明图。
图10为第四方面的实施方式的说明图。
图11a、图11b、图11c为第四方面的实施方式的说明图。
[符号的说明]
10：第一方面的第一实施方式的压电装置；
11：压电基板；
11a：第一主面；
11b：第二主面；
11x：第一边；
11y：第二边；
13a：第一激振电极；
13b：第一引出电极；
13c：第二激振电极；
13d：第二引出电极；
13e：第一无用振动抑制电极；
13f：第二无用振动抑制电极；
15：容器；
15a：凹部；
15b：连接垫；
15c：外部端子；
17：导电性接着剂；
19：盖构件；
30：第一方面的第二实施方式的压电装置；
40：第一方面的第三实施方式的压电装置；
50：第一方面的第四实施方式的压电装置；
51：振荡电路；
60：第一方面的第五实施方式的压电装置；
61：背面侧的凹部；
70：第三方面的实施方式的压电装置；
71：无用振动调整痕；
80：第四方面的实施方式的压电装置；
81：异种材料(导电性接着剂)；
d1、d2：距离；
w1、w2：宽度。
具体实施方式
以下，参照附图对本申请的各方面的实施方式进行说明。此外，用于说明的各图仅是以可理解这些方面的程度而概略性地表示。另外，用于说明的各图中，有时对相同构成成分标注相同编号而示出，省略其说明。另外，以下实施方式中描述的形状、尺寸、材质等，仅为本发明范围内的合适例。因此，本发明并非仅限定于以下实施方式。
[1.第一方面的第一实施方式]
图1a、图1b、图1c为对第一方面的第一实施方式的压电装置10进行说明的图。尤其是，图1a为压电装置10的平面图，图1b为沿图1a的ib-ib线的剖视图，图1c为沿图1a的ic-ic线的剖视图。此外，图1a中省略图1b、图1c所示的盖构件19的图示。
所述压电装置10具备：压电基板11、第一激振电极13a、第一引出电极13b、第二激振电极13c、第二引出电极13d、第一无用振动抑制电极13e、第二无用振动抑制电极13f、容器15、导电性接着剂17及盖构件19。以下，对这些构成成分进行说明。
压电基板11可进行厚度切变振动，为以晶体基板为代表的各种压电基板。典型而言，为at切割晶体基板、或sc切割所代表的双旋转切割晶体基板。本实施方式的情况下，将压电基板11设为平面形状为四边形状、具体而言为长方形状的at切割晶体基板。所述压电基板11具有：第一主面11a及与其相向的第二主面11b。
另外，将第一激振电极13a设于压电基板11的第一主面11a的包括中央区域的一部分区域中。另外，将第一引出电极13b从压电基板11的第一激振电极13a的一部分引出到压电基板11的第一边11x的其中一端侧。另外，将第二激振电极13c设于压电基板11的第二主面11b的包括中央区域的一部分区域中。另外，将第二引出电极13d从压电基板11的第二激振电极13c的一部分引出到压电基板11的第一边11x的另一端侧。
另外，在与第二主面11b的第二引出电极13d相向的第一主面11a的区域上，设置第一无用振动抑制电极13e，并且，以距离d1远离第一激振电极13a的区域中，设置所述第一无用振动抑制电极13e。而且，所述第一无用振动抑制电极13e经由压电基板11的侧面而与第二引出电极13d电连接。因此，第一无用振动抑制电极13e与第二激振电极13c成为相同电位。这里所谓相同电位，当然可为电位真正相同的情况，也可具有因第二引出电极13d等的配线长而产生了电压下降那样的程度的电位差(对于以下的第二无用振动抑制电极13f而言也相同)。另外，第一无用振动抑制电极13e的宽度w1可设为与设计相应的宽度，优选以设为与第二引出电极13d的宽度相同程度为宜。
另外，在与第一主面11a的第一引出电极13b相向的第二主面11b的区域上，设置第二无用振动抑制电极13f，并且，以距离d2远离第二激振电极13c的区域中，设置所述第二无用振动抑制电极13f。而且，所述第二无用振动抑制电极13f经由压电基板11的侧面而与第一引出电极13b电连接。因此，第二无用振动抑制电极13f与第一激振电极13a成为相同电位。此外，所述距离d2可与和第一无用振动抑制电极13e有关的所述距离d1相同，也可不同，可设为适于抑制无用振动的距离。另外，第二无用振动抑制电极13f的宽度w2可设为与设计相应的宽度，优选以设为与第二引出电极13d的宽度相同程度为宜。此外，所述宽度w2与所述宽度w1可相同也可不同。
这些第一激振电极13a、第一引出电极13b、第二激振电极13c、第二引出电极13d、第一无用振动抑制电极13e及第二无用振动抑制电极13f，可使用众所周知的电镀框技术(platingframetechnique)及成膜技术(filmformingtechnique)、或光刻技术(photolithographytechnique)及成膜技术，而一起形成在压电基板11上。此外，考虑抑制无用振动的效果的情况下、视设计不同，第一无用振动抑制电极13e、第二无用振动抑制电极13f的膜厚有时也可与激振电极或引出电极的膜厚不同(关于这一方面，将于后述第二方面的实施方式中详细说明)。
另外，所述情况下，容器15具备：凹部15a、连接垫15b及外部端子15c。凹部15a成为了收容压电基板11的形状及大小。连接垫15b是设于容器15的凹部15a的既定位置，以可在压电基板11的第一边11x的两端附近保持压电基板11。外部端子15c是设于容器15的外侧底面。通过容器15中设置的未图示的通孔配线，将连接垫15b与外部端子15c电连接。
所述压电基板11于其第一边11x的两端附近且第一引出电极13b、第二引出电极13d的端部位置，通过导电性接着剂17、典型而言为硅酮系导电性接着剂，而电性且机械地连接固定于容器15的连接垫15b。而且，利用盖构件19将所述容器15密封。所述压电装置10相当于将压电基板11以单侧保持构造连接固定在容器中。
[2.第一方面的实施例及比较例]
其次，一方面参照实验结果，一方面对无用振动抑制电极13e、无用振动抑制电极13f的效果进行说明。
尝试制作具备使用图1a、图1b、图1c所说明的构造的实施例的压电装置、和未设置所述构造的比较例的压电装置。详细而言，尝试制作具备第一无用振动抑制电极13e、第二无用振动抑制电极13f且所述距离d1＝d2＝0.17mm的压电装置作为实施例1的压电装置，尝试制作具备第一无用振动抑制电极13e、第二无用振动抑制电极13f且所述距离d1＝d2＝0.12mm的压电装置作为实施例2的压电装置，且尝试制作未设置无用振动抑制电极的压电装置作为比较例的压电装置。振荡频率为38.8mhz，样本数分别设为60个。
然后，对所述三种压电装置全部在-40℃～85℃的范围内，以5℃为单位(step)分别测定频率温度特性。进而，针对各压电装置的所述所测定的温度特性，通过最小平方法求出4次函数的近似式。进而，对各压电装置求出各测定温度的所述近似式上的频率与实际测定频率的差δf，求出将所述δf除以振荡频率f所得的数值δf/f(以下将其称为频率跳变。单位：ppm)。然后，对像这样而求出的比较例、实施例1、实施例2的各60个频率跳变，求出各测定温度的平均值及标准偏差σ。
图2a为横轴取温度(℃)、纵轴取频率跳变(ppm)而描画所述求出的实施例1的60个压电装置的频率跳变的平均值、平均值+3σ、平均值-3σ所得的特性图。此外，图中将平均值记作avg，将平均值+3σ记作+3σ，将平均值-3σ记作-3σ。另外，图2b为与图2a同样地制作的实施例2的60个压电装置的特性图。另外，图3a为与图2a同样地制作的比较例的60个压电装置的特性图。
若将图2a、图2b及图3a比较，则得知：与未设置无用振动抑制电极的比较例的情况相比，设有无用振动抑制电极的实施例1、实施例2的情况下可减少频率跳变；进而得知，减小无用振动抑制电极与激振电极的距离的实施例2与实施例1相比，可进一步减少频率跳变。
另外，为了更容易地理解比较例、实施例1、实施例2的所述不同点，对比较例、实施例1、实施例2的各60个样本，分别选取整个温度特性测定范围内的最大频率跳变，而且求出这些最大频率跳变的平均值及±3σ。即，选取样本1在-40℃～+85℃范围内的最大频率跳变、···、样本60的同样的最大频率跳变，根据这些最大频率跳变求出平均值及±3σ。将其结果，表示于下述的表1及图3b中。
[表1]
单位：ppm
由表1及图3b得知，频率跳变的改善状况为：实施例2＞实施例1＞比较例。详细而言，可知，将无用振动抑制电极与激振电极的距离设为0.17mm的实施例1的情况下，频率跳变以±3σ来看，控制在+0.192ppm～-0.026ppm的范围内，进而，将无用振动抑制电极与激振电极的距离设为0.12mm的实施例2的情况下，频率跳变从±3σ来看，进一步控制在+0.147ppm～+0.016ppm的范围内。因此，可理解到，无用振动抑制电极有助于改善频率跳变。另外，从所述结果来看，可得知，无用振动抑制电极与激振电极的距离以小为宜。关于所述距离的适当值将于后文叙述。可将无用振动抑制电极与激振电极的距离减小至何种程度，主要与制造技术的要素有关。例如，在使用电镀框来形成激振电极、引出电极及无用振动抑制电极的情况下，现状下可将所述距离减小至0.05mm左右。若采用光刻技术的图案化技术，则可进一步减小所述距离。
关于通过设置无用振动抑制电极可减小频率跳变的理由，推测其原因在于：即便产生无用振动且其在引出电极上传播到达压电基板的端部后欲反射而回到激振电极，也可抑制所述反射。另外，推测其原因在于：即便因无用振动而压电基板中产生了预料之外的电荷，所述电荷也经由无用振动抑制电极、导电性接着剂而流到振动部以外。
然后，对考察无用振动抑制电极与激振电极的距离d1(d2)的适当值的结果进行说明。具体而言，关于在改变所述距离d1的情况下压电装置的损耗如何变动，发明人实施了有限要素法的模拟，来考察所述距离d1(d2)的适当值。所使用的模型为at切割晶体基板(压电基板11)的长边为3.2mm、短边为1.8mm，且将激振电极13a、激振电极13c设为长边0.88mm、短边0.85mm的模型。其中，所述模型是以激振电极的中心与压电基板的中心一致的方式，将激振电极配置在压电基板上。而且，设想将无用振动抑制电极配置在压电基板11的第一边11x(参照图1a、图1b、图1c)侧，并且将所述抑制电极与激振电极的距离d1(d2)进行各种改变的模型，利用有限要素法算出各模型(压电装置)中的损耗(1/q)。此外，虽为各模型中的损耗，但任一模型的情况下均是-30度附近的损耗(1/q)显示出最大值，因此使用所述温度附近的最大损耗作为各模型中的损耗的代表值来制作图7。
图7为横轴取距离d1(d2)、纵轴取损耗(1/q)来表示两者的关系的图。此外，所谓损耗i/q(1/k)中的1/k为10-3的简称(后述图8中也相同)。
根据图7得知，若距离d1(d2)过小则损耗(1/q)变大，距离d1(d2)为适当范围时损耗显示出最小值，若距离d1(d2)进一步变大则损耗变差后大致平稳。具体而言，所述模型的情况下，距离d1(d2)为105μm以下时损耗增加，所述距离为110μm～175μm的范围时损耗变小，而且在距离d1(d2)为140μm(即0.14mm)附近显示出最小值，若距离变得大于175μm则损耗变差后成为平稳状态。因此，距离d1(d2)宜为110μm～170μm(即0.11mm～0.17mm)。
[3.第一方面的第二实施方式、第三实施方式、第四实施方式、第五实施方式]
本发明不限于第一实施方式，也可应用于以下将说明那样的各种构造。以下依次进行说明。
图4为对第二实施方式的压电装置30进行说明的图，且以与图1a相同的平面图，表示出压电装置30。第一实施方式的压电装置10中设有两个无用振动抑制电极，但第二实施方式的压电装置30的情况为仅设置一个无用振动抑制电极的示例。图4的情况下，表示设有第一实施方式的压电装置10中说明的第一无用振动抑制电极13e的示例。
图5a、图5b为对第三实施方式的压电装置40进行说明的图。尤其是，图5a为压电装置40的平面图，图5b为沿图5a的vb-vb线的剖视图。
所述第三实施方式的压电装置40为，将本发明应用于所谓两侧保持构造的压电装置的示例。即，所述压电装置40中，第一引出电极13b引出至压电基板11的第一边11x侧，第二引出电极13d引出至压电基板11的与第一边11x相向的第二边11y侧。而且，压电基板11是以两侧保持的方式于第一边11x侧与第二边11y侧保持。因此，将第一无用振动抑制电极13e和第二无用振动抑制电极13f设于与对应于两侧保持构造而引出的各引出电极相向的位置。此外，关于距离d1、距离d2、宽度w1、宽度w2等，可与第一实施方式同样地选择。对这种两侧保持构造的压电装置也可应用本发明，可获得本发明的效果。
图6a为对第四实施方式的压电装置50进行说明的图，以与图1b相同的剖视图，表示出压电装置50。所述第四实施方式的压电装置50是作为振荡器的压电装置的示例，所述振荡器在上文所述的压电装置中进一步具备所述压电装置用的振荡电路。尤其是，所述压电装置50的情况是，在容器15的凹部15a的底面具备振荡电路51。这里所谓振荡电路为：单独的振荡电路的情况、包含振荡电路和温度保证用电路等的高功能电路等的各种电路。
另外，图6b为对第五实施方式的压电装置60进行说明的图，以与图1b相同的剖视图，表示出压电装置60。第四实施方式的压电装置中，将振荡电路51设于容器15的凹部15a的底面，但所述第五实施方式的压电装置60为：于容器15的背面侧设有振荡电路用的背面侧的凹部61，于所述凹部61内设有振荡电路51的示例。根据这些压电装置50、压电装置60，可实现显示出较以前更优异的频率温度特性的振荡器。
[4.第二方面、第三方面(与无用振动抑制电极的膜厚有关)]
第一方面中将激振电极与无用振动抑制电极设为相同膜厚而进行了研究。然而，根据发明人的研究判明，通过将无用振动抑制电极的膜厚设为与激振电极的膜厚不同的既定膜厚，可使无用振动的抑制效果变化。以下对这一情况进行说明。
针对第一方面中所用的模拟模型，即将激振电极的膜厚设为
图8为横轴取无用振动抑制电极的膜厚、纵轴取损耗(1/q)来表示两者的关系的图。
根据图8得知，若使无用振动抑制电极的膜厚变化，则压电装置中的损耗变化。由此得知，通过改变无用振动抑制电极的膜厚，可调整无用振动的抑制效果。另外，在改变无用振动抑制电极与激振电极的距离的情况下，无用振动抑制电极的膜厚与压电装置的损耗的关系改变。即得知，所述两个模型的情况下，无用振动抑制电极与激振电极的距离小时(0.12mm的情况时)，压电装置的损耗随着无用振动抑制电极的膜厚增加而大幅度地变化。另外，由图8得知，将无用振动抑制电极的膜厚设为与激振电极的膜厚相同程度的情况下，损耗变小。即，所述模拟模型的情况下，无用振动抑制电极的膜厚以设为激振电极的膜厚即
另一方面，根据图8的结果也可说明以下情况。得知：激振电极与无用振动抑制电极的距离为0.12mm的情况下，可使压电装置的损耗最小的无用振动抑制电极的膜厚为
进而，也可刻意在无用振动抑制电极的部分预先进行两次成膜，使无用振动抑制电极的膜厚较激振电极更厚，然后利用氩气离子等将所述较厚部分选择性地除去，以压电装置的损耗成为所需值的方式调整等。即第三方面。图9为其说明图。即，所述第三方面的压电装置70在无用振动抑制电极13e的表面上，具有将压电装置的损耗调整为所需值而产生的无用振动调整痕71。此外，图9所示的压电装置70为表面安装装置(surfacemountdevice，smd)型的压电装置，因此，无用振动调整痕71是形成在压电基板11的第一主面11a侧的无用振动抑制电极13e上，但若是压电装置为引线型(leadtype)等情况，则也可在压电基板11的两个主面的无用振动抑制电极上产生无用振动调整痕71。
5.第四方面(与附加异种材料有关)
所述各方面中，关于无用振动抑制电极相对于激振电极的位置或膜厚进行了研究，但根据发明人的进一步研究判明，通过在无用振动抑制电极的表面上设置异种材料，无用振动抑制效果改变。以下对所述例(第四方面)的实施方式进行说明。图10为对所述第四方面的压电装置80进行说明的剖视图，且为与图1b相对应的剖视图。
所述压电装置80通过在无用振动抑制电极13e的表面上设置异种材料81，而提高无用振动抑制效果。异种材料81可使用任意合适的材料。典型而言，可使用接着剂。接着剂可使用任意合适的接着剂，可为非导电性，也可为导电性。然而，若考虑到工序的简化等，则优选使用用于连接压电基板11与容器15的导电性接着剂17。
其次，对设置所述异种材料81的效果进行说明。作为比较例，尝试制作60个未设置无用振动抑制电极且于其位置设有导电性接着剂的压电装置。另外，作为第四方面的实施例，尝试制作60个使用图10所说明的具有无用振动抑制电极13e及设于其上的导电性接着剂的异种材料81的压电装置80。与第一方面的事项中所说明同样地，对这些比较例、实施例的压电装置测定频率温度特性，并且算出频率跳变(frequencydip)。图11a表示比较例的压电装置中的频率跳变，图11b表示实施例的压电装置中的频率跳变。此外，数据的汇总方法等与第一方面中使用图2a、图2b、图3a、图3b所说明的方法相同，因此省略。
另外，将这些比较例、实施例的频率跳变特性与第一方面中说明的不具有无用振动抑制电极的比较例、设有无用振动抑制电极的比较例(其于第一方面中相当于实施例)各自的频率跳变特性汇总整理并示于下述表2及图11c中。此外，任一水平均将无用振动抑制电极与激振电极的距离设为0.12mm。
[表2]
单位：ppm
根据表2及图11c得知频率跳变的改善状况为：第四方面＞比较例(仅接着剂)
此外，与第一方面同样地，第二方面至第四方面也是可像使用图4所说明那样仅设置一个无用振动抑制电极，另外，可像使用图5a、图6b所说明那样应用于两侧保持构造的压电装置，进而可应用于图6a、图6b所示那样具有振荡电路的压电装置。