JPH07254837A - 高周波圧電振動デバイス - Google Patents

高周波圧電振動デバイス

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JPH07254837A
JPH07254837A JP7169494A JP7169494A JPH07254837A JP H07254837 A JPH07254837 A JP H07254837A JP 7169494 A JP7169494 A JP 7169494A JP 7169494 A JP7169494 A JP 7169494A JP H07254837 A JPH07254837 A JP H07254837A
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Hiroyuki Arimura
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極切断等の事故が発生しにくい等の信頼性
を向上させ、また各電極形成自体を容易にし、歩留まり
並びに生産性を向上させることを目的とする。 【構成】 薄肉で表裏に少なくとも一対の励振電極11
a,11aが形成された圧電振動領域11と、この圧電
振動領域に続いてその周囲に設けられた厚肉の補強部1
2からなり、この補強部12の一部に前記圧電振動領域
11とほぼ同じ厚さの電極引き出し領域13を圧電板の
外周端部まで溝状に設け、この電極引き出し領域13に
前記励振電極と電気的に接続される引出電極11bを形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は通信機器の基準発振源、
あるいはマイクロコンピュータのクロック源として用い
られる水晶振動子、水晶フィルタ等の圧電振動デバイス
に関し、特に薄型で、高周波化に対応した圧電振動デバ
イスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】通信機器の高周波数化、あるいはマイク
ロコンピュータの動作周波数の高周波数化に伴い、水晶
振動子、水晶フィルタ等の圧電振動デバイスも高周波数
化対応が求められている。一般に、高周波数化に対応し
た水晶板として、ATカット水晶板の厚みすべり振動が
よく用いられており、周知のとおりその周波数は厚さで
決定され、周波数と厚さは反比例する。例えば、4.2
MHzの周波数を得ようとする場合、水晶板の厚さは約
0.4mmであるが、20MHzの周波数を得ようとす
る場合、水晶板の厚さは約0.08mmになる。このよ
うに周波数が高くなるとその厚さが薄くなり、切断、研
磨等の水晶板自体の加工が困難になってくる。このよう
な問題を解決するために、水晶板の厚さは基本波の厚さ
で、3倍,5倍等の高次の周波数を得ようとする高調波
発振を用いる場合もあるが、CI値(クリスタルインピ
ーダンス)が高くなり、周辺回路が複雑となりその結果
全体としての小型化が困難である等、適用する電子機器
によっては要求される電気的特性が得られない場合があ
った。
【0003】このような問題を解決するために、図14
に示すように、水晶板の中央部分に凹部を設け、この凹
部に薄肉加工した振動領域を設定し、その周囲の厚肉部
分で振動領域を補強する構成が発明されている。図14
は従来例を示す内部断面図であり、薄肉化された凹部9
1とその周囲に形成された厚肉部92を有する水晶板9
に、励振電極9aを引出電極9bにより凹部から厚肉部
端部まで引き出した構成である。このような構成を採用
することにより、振動領域を従来よりもかなり薄くする
ことでき、従来では高調波周波数の領域であった40M
Hz以上の周波数を基本波振動で実現している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、凹部を有するがゆえに蒸着等による電極形成が
困難で、特に直立する内壁部分に電極材料が形成されに
くく、また薄肉部の励振電極9aから厚肉部へ延びる引
出電極9bは水晶板の鋭利なエッジ部分を通るため、こ
の部分で電極の一部あるいは全部が切断され導通不良を
起こすことがあった。特に高周波数化(すなわち薄肉
化)された水晶振動子には、その励起された振動を極力
減衰させないように電極を通常よりも薄膜化することが
要求され、このような点からも、電極の切断を助長させ
る要因となっていた。
【0005】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、電極切断等の事故の発生しにくい信頼性の
高い圧電振動デバイスを提供することを目的とするもの
である。また、各電極形成自体を容易にし、歩留まり並
びに生産性を向上させることも目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1に示した発明は、薄肉で表裏に励振電極
が形成された圧電振動領域と、この圧電振動領域に続い
てその周囲に設けられた厚肉の補強部からなる圧電板を
有し、この補強部の一部に前記圧電振動領域とほぼ同じ
厚さの電極引き出し領域を設け、この電極引き出し領域
に前記励振電極と電気的に接続される引出電極を形成し
たことを特徴とする高周波圧電振動デバイスである。
【0007】また、請求項2による発明は、前記電極引
き出し領域および前記引出電極が圧電板の外周端部まで
形成され、この引出電極部分で外部と電気的接続されて
いることを特徴とする特許請求項1記載の高周波圧電振
動デバイスである。
【0008】また、請求項3による発明は、前記電極引
き出し領域および前記引出電極が圧電板の外周端部近傍
まで形成され、この引出電極部分で外部と電気的接続さ
れていることを特徴とする特許請求項1記載の高周波圧
電振動デバイスである。
【0009】また、請求項4による発明は、前記電極引
き出し領域の少なくとも一部に埋設材を設けたことを特
徴とする特許請求項1,2,3記載の高周波圧電振動デ
バイスである。
【0010】また、請求項5による発明は、埋設材が導
電性接合材であることを特徴とする特許請求項4記載の
高周波圧電振動デバイスである。
【0011】また、請求項6による発明は、前記電極引
き出し領域の少なくとも一部に狭幅部を設け、埋設材の
電極引きだし部外への流出を防止したことを特徴とする
特許請求項4、5記載の高周波圧電振動デバイスであ
る。
【0012】また、請求項7による発明は、補強部の少
なくとも一部に補強部材を設けたことを特徴とする特許
請求項1、2、3、4、5、6記載の高周波圧電振動デ
バイスである。
【0013】また、請求項8による発明は、補強部材に
導電性材料を用い、補強部にそってほぼ周状に形成した
ことを特徴とする特許請求項7記載の高周波圧電振動デ
バイスである。導電性材料は、金,銀等の金属膜、導電
性樹脂材料、あるいはこれらの組み合わせ等があげられ
る。
【0014】また、請求項9による発明は、補強部材と
して薄型の固体を接合材で接合したことを特徴とする特
許請求項7記載の高周波圧電振動デバイスである。
【0015】
【作用】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、補強部
の一部に前記圧電振動領域とほぼ同じ厚さの電極引き出
し領域を設け、この電極引き出し領域に前記励振電極と
電気的に接続される引出電極を形成しているので、引出
電極がエッジ部分を通ることがなく、厚さ方向に屈曲し
ないので、エッジ部分での電極切断のおそれがなくな
る。また、振動領域と補強部で形成される凹部内壁に電
極形成する必要がないので、電極形成自体が容易であ
る。
【0016】請求項4に示した発明によれば、電極引き
出し領域に設けられた埋設材が薄肉部分を一体となって
補強する。
【0017】請求項5に示した発明によれば、埋設材が
導電性接合材であるので、補強効果とともに、引出電極
と外部との電気的接続を援助する。
【0018】請求項6に示した発明によれば、引き出し
領域の少なくとも一部に設けられた狭幅部により、埋設
材の電極引きだし部外への流出を防止する。
【0019】請求項7に示した発明によれば、補強部の
少なくとも一部に補強部材を設けたので圧電振動デバイ
スが補強される。
【0020】請求項8に示した発明によれば、補強部材
に導電性材料を用い、補強部にそってほぼ周状に形成し
ているので、補強作用とともに補強部における外部との
接続箇所を自由に設定できる。
【0021】請求項9に示した発明によれば、補強部材
として薄型の固体を接合材で接合しているので、補強効
果をより向上させることができる。
【0022】
【実施例】本発明の第1の実施例について水晶振動子を
例にとり、図面を参照して説明する。図1は本発明の第
1の実施例を示す分解斜視図であり、図2は図1の各構
成部分を収納し、蓋板で気密封止した状態を示す断面図
である。圧電体である水晶板1は、全体としてその板面
の中央部分の表裏両面が凹んだ凹形状を有している。凹
形の中央部分は薄肉で圧電振動領域11とされており、
表裏面に対向してアルミニウム等の励振電極11a,1
1aが設けられている。圧電振動領域11の外周部には
圧電振動領域に比較して数倍厚肉の補強部12が設けら
れるとともに、前記薄肉の圧電振動領域が外周部の対向
する2角部分(表面の一方の角と裏面の他方の角)に溝
状に延びた電極引きだし領域13,13が設けられてい
る。この電極引きだし領域13,13には、それぞれ引
出電極11b,11bが外周端部にまで形成されてい
る。なお、各部分の厚さは例えば90MHzの周波数を
得る場合、圧電振動領域の厚さは18μm,補強部の厚
さは80μmである。このように凹形の圧電振動領域あ
るいは溝状の電極引きだし領域はウェットエッチング
法、ドライエッチング法、あるいはサンドブラスト法等
により形成することができ、電極形成は真空蒸着法等に
より形成することができる。なお、各電極材料にはアル
ミニウム、銀等が用いられる。
【0023】水晶板1を収納するパッケージPはアルミ
ナ等のセラミックスからなり、水晶板収納部から外部へ
電極を導出する導出電極P1が設けられている。水晶板
をパッケージ内に収納し、引出電極13と導出電極P1
とを導電性接合材Sにて導電接合し、蓋板Cにてパッケ
ージ上面と気密接合して表面実装型の水晶振動子を得る
ことができる。なお、この実施例では溝状の電極引きだ
し領域には埋設材として導電性接合材S1が充填されて
おり、水晶板1全体の機械的強度を向上させている。ま
た、この電極引きだし領域は機械的強度が確保できれ
ば、表裏両面に設けても差し支えない。
【0024】本発明の第2の実施例について図面を参照
して説明する。図3は本発明の第2の実施例を示す斜視
図である。圧電体である水晶板1は、全体としてその板
面の中央部分の表裏両面が凹んだ凹形状を有している。
凹形の中央部分は薄肉で圧電振動領域14とされてお
り、表裏面に対向してアルミニウム等の励振電極14
a,14aが設けられている。圧電振動領域14の外周
部には圧電振動領域に比較して数倍厚肉の補強部15が
設けられるとともに、前記薄肉の圧電振動領域が外周部
の対向する2辺に(表面の一方の辺と裏面の他方の辺)
に溝状に延びた電極引きだし領域16,16が設けられ
ている。この電極引きだし領域16,16には、それぞ
れ引出電極14b,14bが外周端部にまで形成されて
いる。このように対向する辺に電極引きだし領域を形成
することにより、水晶板の機械的強度が向上する。ま
た、上記実施例のように電極引きだし領域に埋設材を充
填してもよい。
【0025】本発明の第3の実施例について図面を参照
して説明する。図4は本発明の第3の実施例を示す斜視
図であり、図5は図4のA−A断面図である。この実施
例は特許請求項6を説明するものであり、電極引き出し
領域に形成された狭幅部の例を示している。圧電体であ
る水晶板2は、全体としてその板面の中央部分の片面の
みが凹んだ凹形状を有している。凹形の中央部分は薄肉
で圧電振動領域21とされており、表裏面に対向してア
ルミニウム等の励振電極21a,21aが設けられてい
る。圧電振動領域21の外周部には圧電振動領域に比較
して数倍厚肉の補強部22が設けられるとともに、前記
薄肉の圧電振動領域が外周部の対向する2角部分に溝状
に延びた電極引きだし領域23,24が設けられてい
る。この電極引きだし領域23,24には、それぞれ引
出電極21b,21bが外周端部にまで形成されてい
る。電極引きだし領域23には、外周端部寄りと圧電振
動領域寄りにそれぞれ対向して突起部23aと23b,
23cと23dが設けられ、狭幅部を形成している。こ
の各突起部の形成は、水晶板加工時に一体的に形成して
もよいし、加工後に接合材等を塗布し形成してもよい。
電極引きだし領域24は、電極引きだし領域23より狭
幅に形成されており、その中央部分に埋設材等が溜まる
溜まり部24aが形成されている。これらそれぞれの狭
幅部の形成により、埋設材あるいはパッケージへの接合
の際に用いる導電性接合材が電極引きだし領域から外へ
の流出を阻止することができ、圧電振動を阻害すること
等を防止する。
【0026】本発明の第4の実施例について図面を参照
して説明する。図6は本発明の第4の実施例を示す斜視
図である。この実施例は特許請求項3を説明するもので
あり、パッケージQとの接続関係についても言及してい
る。圧電体である水晶板3は、全体としてその板面の中
央部分の表裏両面が凹んだ凹形状を有している。凹形の
中央部分は薄肉で圧電振動領域31が形成されており、
表裏面に対向してアルミニウム等の励振電極31a,3
1aが設けられている。圧電振動領域31の外周部には
圧電振動領域に比較して数倍厚肉の補強部32が設けら
れるとともに、前記薄肉の圧電振動領域が外周部の対向
する2辺に向かって溝状に延びた電極引きだし領域3
3,33が設けられている。この電極引きだし領域3
3,33は外周端部手前まで形成されており、それぞれ
引出電極31b,31bが形成されている。なお、図示
していないが裏面においても励振電極、引出電極が形成
されている。ただし、電極引きだし領域は水晶板全体の
強度を確保するために表面に形成した方向に直交する方
向に延在させるとよい。また、裏面の電極引きだし領域
は上述の実施例に示した構成と同じように外周端部まで
延長して形成してもよい。この場合、パッケージとの電
気的接続を導電性接合材で行う場合作業性が向上する等
の利点がある。水晶板3の表面の引出電極31bとパッ
ケージQの電極パッドQ1との電気的接続はボンディン
グワイヤWを介して行い、裏面においては前述のとおり
導電性接合材により導電接合すればよい。
【0027】本発明の第5の実施例について図面を参照
して説明する。図7は本発明の第5の実施例を示すモノ
リシック水晶フィルタの斜視図であり、図8は図7のB
−B断面図である。圧電体である水晶板4は、全体とし
てその板面の中央部分の片面のみが凹んだ凹形状を有し
ている。凹形の中央部分は薄肉で圧電振動領域41とさ
れており、表面には入力電極45aと出力電極46aが
並列して形成されており、裏面にはこれら各電極に対応
した共通電極47aが形成されている。圧電振動領域4
1の外周部には圧電振動領域に比較して数倍厚肉の補強
部42が設けられるとともに、前記薄肉の圧電振動領域
が外周部の対向する2辺に向かって溝状に延びた電極引
きだし領域43,44が設けられている。この電極引き
だし領域43,44には、それぞれ引出電極45b,4
6bが外周端部まで形成されている。また、図示してい
ないが、裏面の共通電極47が前述の引出電極45b,
46bが引き出された以外の辺に引出電極47bにより
引き出されている。これら各引出電極により外部との電
気的接続を行う。
【0028】本発明の第6の実施例について図面を参照
して説明する。図9は本発明の第6の実施例を示すモノ
リシック水晶フィルタの斜視図である。圧電体である水
晶板4は、凹部が表裏両面に形成されていることと電極
引きだし位置が異なっている以外は第5の実施例とほぼ
同じであるので、同じ構造部分の説明は割愛する。電極
引きだし領域48,49は第5の実施例と異なって外周
の各辺と平行な直線上に位置しないようにずらせて設定
している。また、裏面の電極引きだし領域50も前記各
領域48,49とは異なる辺に設定している。このよう
な設定により、薄肉部分が一部分に偏ることがないの
で、水晶板の機械的強度が低下しない。
【0029】本発明の第6の実施例について図面を参照
して説明する。図10は本発明の第6の実施例を示す斜
視図である。この実施例は特許請求項4,5,7,8に
関連する。圧電体である水晶板5は、全体としてその板
面の中央部分の表裏両面が凹んだ凹形状を有している。
凹形の中央部分は薄肉で圧電振動領域51とされてお
り、表裏面に対向してアルミニウム等の励振電極51
a,51aが設けられている。圧電振動領域51の外周
部には圧電振動領域に比較して数倍厚肉の補強部52が
設けられるとともに、前記薄肉の圧電振動領域が外周部
の1辺に向かって溝状に延びた電極引きだし領域53が
設けられている。この電極引きだし領域53には引出電
極51bが形成されている。また、補強部上にも電極パ
ッド52a,52bが形成されている。なお、図示して
いないが裏面においても励振電極51a、引出電極51
bが形成されている。電極引きだし領域には導電性接合
材S2が充填されるとともに、この導電性接合材S2と
電気的に接続され、かつ前記電極パッド52a,52b
上をとおって前記補強部上を周状に導電性接合材S3が
塗布されている。この導電性接合材S2,S3は例え
ば、ポリイミド系の導電接合材を用いる。ポリイミド系
樹脂は、耐熱性が高く熱膨張係数が小さいので、圧電体
に歪を与えにくく堅固で安定した補強が可能となる。こ
のような構成により、補強部の機械的強度を向上させる
とともに、補強部上の任意の位置に形成された電極パッ
ドから、例えば金属弾性薄板W1等により電極を外部に導
出することができる。
【0030】本発明の第7の実施例について図面を参照
して説明する。図11は本発明の第7の実施例を示すモ
ノリシック水晶フィルタの斜視図であり、図12は図1
1について裏面からみた斜視図であり、図13は図11
において補強材G2を樹脂接着材G1で接合した状態のC−
C断面図である。圧電体である水晶板6は、全体として
その板面の中央部分の片面のみが凹んだ凹形状を有して
いる。凹形の中央部分は薄肉で圧電振動領域61とされ
ており、表面には入力電極65aと出力電極66aが並
列して形成されており、裏面の凹部にはこれら各電極に
対応した共通電極67aが形成されている。入力電極と
出力電極からは各々引出電極65b,66bが外周端部
に引き出されている。圧電振動領域61の外周部には圧
電振動領域に比較して数倍厚肉の補強部62が設けられ
るとともに、裏面においては前記薄肉の圧電振動領域が
外周部の対向する2辺に向かって溝状に延びた電極引き
だし領域63,64が設けられている。この電極引きだ
し領域63,64には、それぞれ引出電極67b,67
bが外周端部にまで形成されている。なお、図示してい
ないが、この電極引きだし領域に樹脂等の埋設材を設け
て機械的強度向上をはかってもよい。そして、表面の補
強部には周状に絶縁性の樹脂接着材G1(例えばポリイミ
ド系の樹脂等)が塗布され、その上部に周状の補強部材
G2(ガラス、水晶、金属、樹脂等)が接合されている。
これにより補強効果がさらに向上する。なお、補強部材
G2は周状でなくてもよく、棒状、薄板状等であっても前
記薄肉部分を補強する効果を有するものであればよい。
上記樹脂接着材G1および補強部材G2はいずれも特許請求
項7に記載した補強部材に該当する。
【0031】なお、この補強部材は上記実施例に限定さ
れるものではなく、金属材料を蒸着形成してもよいし、
またこの蒸着形成された金属面上に、低融点ガラスある
いは樹脂材料を形成してもよい。さらに、上記各実施例
で圧電体として水晶板を用いたが、タンタル酸リチウム
等の他の単結晶圧電体でもよく、あるいは加工技術が制
限されるが圧電セラミックスを用いてもよい。また、振
動モードとして厚みすべり振動を例示したが、厚み振動
等圧電体の厚さに周波数が依存する振動モードで有れば
本発明に適用できる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、補強部の一部に前記圧
電振動領域とほぼ同じ厚さの電極引き出し領域を設け、
この電極引き出し領域に前記励振電極と電気的に接続さ
れる引出電極を形成しているので、引出電極がエッジ部
分を通ることがなく、厚さ方向に屈曲させなくてもよい
ので、エッジ部分での電極切断のおそれがなくなり、経
時変化のない信頼性の高い高周波圧電振動デバイスを得
ることができる。また、振動領域と補強部で形成される
凹部内壁に電極形成する必要がないので、電極形成自体
が容易であり、歩留まり並びに生産性を向上させること
ができる。
【0033】請求項4に示した発明によれば、電極引き
出し領域に設けられた埋設材が薄肉部分を一体となって
補強するので、機械的強度に優れた高周波圧電振動デバ
イスを得ることができる。
【0034】請求項5に示した発明によれば、埋設材が
導電性接合材であるので、補強効果とともに、引出電極
と外部との電気的接続を援助する。
【0035】請求項6に示した発明によれば、引き出し
領域の少なくとも一部に設けられた狭幅部により、埋設
材の電極引きだし部外への流出を防止する。パッケージ
への接合の際に用いる導電性接合材が電極引きだし領域
から外への流出を阻止することができ、振動を阻害する
こと等を防止する。
【0036】請求項7に示した発明によれば、補強部の
少なくとも一部に補強部材を設けたので圧電振動デバイ
スが補強され、機械的強度に優れた高周波圧電振動デバ
イスを得ることができる。
【0037】請求項8に示した発明によれば、補強部材
に導電性樹脂を用い、補強部にそってほぼ周状に形成し
ているので、補強作用とともに補強部における外部との
接続箇所を自由に設定できる。
【0038】請求項9に示した発明によれば、補強部材
として薄型の固体を接合材で接合しているので、補強効
果をより向上させることができ、堅固な補強が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す分解斜視図。
【図2】図1の組み込み後の断面図。
【図3】本発明の第2の実施例を示す斜視図。
【図4】本発明の第3の実施例を示す斜視図。
【図5】図4のA−A断面図。
【図6】本発明の第4の実施例を示す斜視図。
【図7】本発明の第5の実施例を示す斜視図。
【図8】図7のB−B断面図。
【図9】本発明の第6の実施例を示す斜視図。
【図10】本発明の第7の実施例を示す斜視図。
【図11】本発明の第8の実施例を示す斜視図。
【図12】図11の裏面斜視図。
【図13】図11のC−C断面図。
【図14】従来例を示す図
【符号の説明】
1,2,3,4,5,6,9 水晶板(圧電体) 11,14,21,31,41,51,61,91 圧
電振動領域 12,15,22,32,42,52,62,92 補
強部 13,16,23,33,43,53,63 電極引き
だし領域 11a,14a,21a,31a,41a,51a,6
1a,9a 励振電極 P,Q パッケージ S,S1,S2,S3 導電性接合材

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄肉で表裏に少なくとも一対の励振電極
    が形成された圧電振動領域と、この圧電振動領域に続い
    てその周囲に設けられた厚肉の補強部からなる圧電板を
    有する高周波圧電振動デバイスにおいて、この補強部の
    一部に前記圧電振動領域とほぼ同じ厚さの電極引き出し
    領域を設け、この電極引き出し領域に前記励振電極と電
    気的に接続される引出電極を形成したことを特徴とする
    高周波圧電振動デバイス
  2. 【請求項2】 前記電極引き出し領域および前記引出電
    極が圧電板の外周端部まで形成され、この引出電極部分
    で外部と電気的接続されていることを特徴とする特許請
    求項1記載の高周波圧電振動デバイス。
  3. 【請求項3】 前記電極引き出し領域および前記引出電
    極が圧電板の外周端部近傍まで形成され、この引出電極
    部分で外部と電気的接続されていることを特徴とする特
    許請求項1記載の高周波圧電振動デバイス。
  4. 【請求項4】 前記電極引き出し領域の少なくとも一部
    に埋設材を設けたことを特徴とする特許請求項1,2,
    3記載の高周波圧電振動デバイス。
  5. 【請求項5】 埋設材が導電性接合材であることを特徴
    とする特許請求項4記載の高周波圧電振動デバイス。
  6. 【請求項6】 前記電極引き出し領域の少なくとも一部
    に狭幅部を設け、埋設材の電極引きだし部外への流出を
    防止したことを特徴とする特許請求項4、5記載の高周
    波圧電振動デバイス。
  7. 【請求項7】 補強部の少なくとも一部に補強部材を設
    けたことを特徴とする特許請求項1、2、3、4、5、
    6記載の高周波圧電振動デバイス。
  8. 【請求項8】 補強部材に導電性材料を用い、補強部に
    そってほぼ周状に形成したことを特徴とする特許請求項
    7記載の高周波圧電振動デバイス。
  9. 【請求項9】 補強部材として薄型の固体を接合材で接
    合したことを特徴とする特許請求項7記載の高周波圧電
    振動デバイス。
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