CN102957395A - 台面型石英晶体振动件及石英晶体装置 - Google Patents
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Abstract
一种台面型石英晶体振动件及石英晶体装置。此台面型石英晶体振动件包含：振动器，所述振动器为具有两个主要表面的四边形形状；一对激励电极，所述激励电极位于所述两个主要表面上；薄部分，所述薄部分位于所述四边形形状之外；以及一对引出电极。所述薄部分的厚度比所述振动器的厚度薄。所述一对引出电极是从所述激励电极向预定方向引出。所述激励电极在预定方向上的第一长度的中心相对于在所述预定方向上的第二长度的中心偏心。所述第二长度包含所述振动器的长度以及所述薄部分的长度。所述第一长度的中心朝向引出电极的相对侧偏心了25微米到65微米。
Description
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2011年8月17日在日本专利局申请的日本专利申请案第2011-178554号的优先权和权益，该案的揭示内容全部以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及台面型(mesa type)晶体单元，所述台面型晶体单元具有在石英晶体振动件的中央包含厚部分的结构，所述厚部分比其外围部分厚且用作振动器，尤其涉及一种台面型石英晶体振动件及石英晶体装置。
背景技术
现今，随着电子装置小型化，需要进一步小型化的石英晶体装置，诸如，晶体单元。小型化的电子装置使得激励电极与支撑并紧固石英晶体振动件的区域之间的距离狭窄。因此，导电粘合剂以及支撑部分可能会不利地影响石英晶体振动件的振动。
日本未审查专利申请公开案第2003-17978号揭示一种石英晶体振动件。所述石英晶体振动件包含压电振动区域，所述压电振动区域具有石英晶体振动件中除涂覆了导电粘合剂的电接合区域之外的整个长度。压电振动区域的长度(在X轴方向上)的中心与激励电极的表面的长度(在X轴方向上)的中心一致。这因而提供了足以用于振荡的CI值，因此确保了如下有利效果：避免了对石英晶体振动件的振动的不利影响。
然而，发明者重复进行试验并有如下发现。与激励电极的中心与导电粘合剂之间的距离无关，如果激励电极的相应长度的中心相对于石英晶体振动件的长度的中心偏心达给定量，那么CI值减小。
因此，本发明的目标为提供一种石英晶体振动件以及一种石英晶体装置，所述石英晶体振动件及石英晶体装置减小台面型(mesa type)石英晶体振动件中的CI值。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种台面型(mesa type)石英晶体振动件。所述台面型石英晶体振动件包含：振动器，所述振动器为具有两个主要表面的四边形形状；一对激励电极，所述激励电极位于所述两个主要表面上；薄部分，所述薄部分位于所述四边形形状之外；以及一对引出电极。所述薄部分的厚度比所述振动器的厚度薄。所述一对引出电极是从所述激励电极向预定方向引出。所述激励电极在预定方向上的第一长度的中心相对于在所述预定方向上的第二长度的中心偏心。所述第二长度包含所述振动器的长度以及所述薄部分的长度。所述第一长度的中心朝向引出电极的相对侧偏心了25微米到65微米。
本发明的另一方面涉及一种石英晶体装置，包括：所述的台面型石英晶体振动件；底板，所述台面型石英晶体振动件放置于所述底板上；以及盖板，所述盖板与所述底板一起形成空腔，所述空腔容纳所述台面型石英晶体振动件。
本发明提供足以用于小型化的石英晶体振动件中的振荡的CI值。本发明还提供了避免对石英晶体振动件的振动造成不利影响的石英晶体振动件或石英晶体装置。
附图说明
从参看附图描述的以下具体实施方式中，本发明的前述以及额外的特征与特性将变得更明显，在附图中：
图1A是根据第一实施例的不含盖的第一晶体单元100的平面图。
图1B是沿着第一晶体单元100的线A-A’的剖面图。
图2是说明CI值与偏心量之间的关系的曲线图，所述偏心量是激励电极的相应长度的中心与石英晶体振动件的长度的中心之间的偏心量。
图3是根据第二实施例的第二晶体单元110的分解透视图。
图4A是沿着图3的线B-B’的剖面图。
图4B是第二晶体单元110的石英晶体框架30的平面图。
具体实施方式
第一实施例
根据第一实施例的第一晶体单元100的总体配置
将通过参看图1A以及图1B来描述第一晶体单元100的总体配置。图1A是根据第一实施例的不含第一盖10的第一晶体单元100的平面图。图1B是在第一盖10与陶瓷底板40接合在一起之前沿着第一晶体单元100的线A-A’的剖面图。
此处，石英晶体振动件使用AT切割型石英晶体振动件(AT-cutquartz-crystal vibrating piece)20。即，AT切割型石英晶体振动件的主表面(在Y-Z平面中)绕X轴在Z轴到Y轴的方向上相对于晶体坐标系(XYZ)的Y轴倾斜了35°15′。因此，在第一实施例中，相对于AT切割型石英晶体振动件的轴线方向倾斜的新轴线表示为Y′轴以及Z′轴。因此，在第一实施例中，第一晶体单元100的纵向方向称为X轴方向，第一晶体单元100的高度方向称为Y′轴方向，且垂直于X轴方向以及Y′轴方向的方向称为Z′轴方向。此配置类似于下文第二实施例的配置。
如图1B所说明，表面安装型(surface-mount type)的第一晶体单元100包含第一盖10、具有绝缘性质的陶瓷底板40，以及石英晶体振动件20。第一盖10由诸如科伐合金(kovar)等金属制成。陶瓷底板40包含基底凹座47。石英晶体振动件20放置于陶瓷底板40上。
石英晶体振动件20包含长方形形状的AT切割型晶体元件21。晶体元件21具有薄外围部分，且其中央区域是振动部分24，振动部分24的厚度尺寸大于外围部分的厚度尺寸。振动部分24在其中央附近的两个主要表面上包含一对激励电极22a及22b。电极22a及22b各自具有长方形形状，其面积小于振动部分24的面积。即，石英晶体振动件20是所谓的台面型(mesa type)石英晶体振动件，其中央区域比晶体元件21的外围部分厚。
晶体元件21在其顶面上(在+Y’侧处)包含激励电极22a。在激励电极22a处，引出电极(extraction electrode)23a形成到-X侧处的一端，而连接电极(connecting electrode)25a形成于-X侧处的所述一端且从晶体元件21的顶面延伸到底面(在-Y’侧处)。从晶体元件21的底面上的激励电极22b起，引出电极23b以及连接电极25b延伸到-X侧处的另一端。石英晶体振动件20的连接电极25a及25b经由空腔CT中的台座(台座底面陶瓷层45)上的导电粘合剂61电接合到基底连接电极43。
此处，石英晶体振动件20在X轴方向上具有900微米到1400微米的长度La，且在Z′轴方向上具有600微米到700微米的宽度Wa。连接电极25a及25b各自在X轴方向上具有150微米到250微米的长度Lc。连接电极25a及25b各自具有100微米到150微米的接合到导电粘合剂61的长度Ld。导电粘合剂61在X轴方向上具有200微米到250微米的长度Le。
激励电极22a及22b、引出电极23a及23b，以及连接电极25a及25b(例如)采用镍层或铬层作为基础层，且在基础层的顶面上使用金层。基础层具有(例如)0.01微米到0.1微米的厚度，而金层具有(例如)0.1微米到2微米的厚度。
陶瓷底板40包含底面陶瓷层41、壁陶瓷层49以及台座底面陶瓷层45。此些陶瓷层41、49以及45形成有穿孔坯片(punched-out green sheet)，所述穿孔坯片包含基于氧化铝的陶瓷粉末、粘结剂等。包含所述多个陶瓷层41、45以及49的陶瓷底板40界定空腔CT。AT切割型石英晶体振动件20安装于空腔CT内。陶瓷底板40由这多个陶瓷层形成，所述多个陶瓷层层压并烧结在一起。陶瓷底板40包含位于外底面M1上的可表面安装的外部电极51及52。
第一盖10具有密封材料48，密封材料48均匀地形成在第一盖10的外周边上。举例来说，密封材料48由诸如银焊料以及科伐合金等材料制成。
AT切割型石英晶体振动件20安装于陶瓷底板40中的台座45的基底连接电极43上，并经由导电粘合剂61接合到基底连接电极43。接着，第一盖10堆叠在陶瓷底板40上，这便容纳了AT切割型石英晶体振动件20。陶瓷底板40以及第一盖10接着放置在被抽空或填充以惰性气体的腔室(未图示)内。陶瓷底板40以及第一盖10在被抽空的或惰性气体环境中密封，因此形成了封装80。
图2是说明CI值与偏心量Lf之间的关系的曲线图，偏心量Lf是激励电极22的长度(在X轴方向上)的中心与石英晶体振动件20的长度(在X轴方向上)的中心之间的偏心量。所使用的石英晶体振动件20采用38.4兆赫及32.736兆赫这两个振荡频率，同时改变振动部分24的厚度(在Y′轴方向上)。形成台面型振动部分24的区域的中心点P相对于石英晶体振动件20的长度的中心点O偏心(参见图1A及图1B)。激励电极22形成于对应于振动部分24的中心处。因此，激励电极22的中心点P也偏心了与振动部分24相同的量。用38.4兆赫对振动部分24进行试验，同时将偏心量Lf(参见图1A及图1B)从10微米改变到95微米。用32.736兆赫对振动部分24进行试验，同时将偏心量Lf从0微米改变到90微米。
在所述试验中，在38.4兆赫以及32.736兆赫下石英晶体振动件20所得到的CI值如图2所说明。即，在从石英晶体振动件20的长度的中心点O到激励电极的长度的中心点P的偏心量Lf是朝向引出电极23的相对侧(+X侧)25微米到65微米的情况下，CI值等于或小于500欧姆。与导电粘合剂61的接合到连接电极25a及25b的长度Ld无关，当激励电极的长度的中心点P相对于石英晶体振动件20的长度的中心点O朝向引出电极的相对侧偏心了25微米到65微米时，CI值等于或小于500欧姆。
因此，图1A以及图1B中所说明的激励电极22a及22b在X轴方向上的长度Lb的中心点P相对于石英晶体振动件20在X轴方向上的长度La的中心点O朝向引出电极侧的相对侧(+X轴侧)偏心了25微米到65微米。原因是，CI值取朝向+X轴侧25微米到65微米的偏心量Lf范围内的最小值。
为了进一步降低CI值，可将偏心量Lf设置在以下范围内。在偏心量Lf为35微米到55微米的情况下，CI值为等于或小于300欧姆的较优选值。此外，在偏心量Lf为40微米到50微米的情况下，CI值大致为最小值，这是较优选的。
第二实施例
根据第二实施例的第二晶体单元110的总体配置
将通过参看图3、图4A以及图4B来描述第二晶体单元110的总体配置。图3是从第二盖12开始的第二晶体单元110的分解透视图。图4A是在石英晶体框架30、第二底板11及第二盖12接合在一起之后沿着图3的线B-B’的剖面图。图4B是说明具有激励电极304a的石英晶体框架30的平面图。
第二晶体单元110与第一晶体单元100的不同之处在于石英晶体框架30安置在第二晶体单元110处，而不是石英晶体振动件20安置在第一晶体单元100中。第二晶体单元110的不同之处还在于第二晶体单元110包含第二底板11而不是陶瓷底板40。相同参考数字表示第一实施例中的对应或相同元件，且因此将不会在此处对此些元件进一步进行描述。接着，将描述不同之处。
如图3中所说明，第二晶体单元110包含具有盖凹座17的第二盖12、具有基底凹座47的第二底板11，以及石英晶体框架30，所述石英晶体框架30是AT切割型的且放置在第二底板11上。第二底板11以及第二盖12由石英晶体材料或玻璃制成。
石英晶体框架30包含：晶体元件301，晶体元件301为AT切割型的且为长方形形状；以及外部框架302，外部框架302围绕晶体元件301。在晶体元件301与外部框架302之间，形成的孔隙308a以及孔隙308b在Y′轴方向上穿过。未形成孔隙308a以及孔隙308b的区域在晶体元件301与外部框架302之间形成了连接部分309。
晶体元件301包含薄外围部分及中央区域，中央区域形成振动部分303，其中中央区域的厚度尺寸大于外围部分的厚度尺寸。在长方形形状的振动部分303中央附近的两个主要表面上，形成了一对长方形形状的激励电极304a以及304b，其中激励电极304a及304b的面积小于振动部分303的面积。即，石英晶体框架30是所谓的台面型石英晶体振动件，其中央区域比晶体元件301的外围部分厚。
厚度不同(在Y′轴方向上)的所用振动部分303采用38.4兆赫以及32.736兆赫这两个振荡频率。从激励电极304a起，引出电极313a以及连接电极305a在晶体元件301的底面(在-Y’侧处)上延伸到-X侧处的一端。从激励电极304b起，引出电极313b在晶体元件301的底面(在-Y’侧处)上延伸到+X侧处的另一端，而连接电极305b形成于晶体元件301的底面(在-Y’侧处)上+X侧处的另一端处。当石英晶体框架30以密封材料SL接合到第二底板11时，石英晶体框架30经由连接电极305a及305b以及导电粘合剂61电接合到基底连接电极118a及118b。
第二底板11包含位于接合表面M2上的连接电极118a及连接电极118b。连接电极118a电连接到外部电极115a以及侧面电极117a。连接电极118b同时电连接到外部电极115b以及侧面电极117b。导电粘合剂61形成于连接电极118a及118b上。
此外，石英晶体框架30具有四个角，在所述角中形成了石英晶体城堡形焊端306a及306b。石英晶体侧面电极307a形成于石英晶体城堡形焊端306a上。石英晶体侧面电极307a连接到引出电极313a以及连接电极305a。类似地，石英晶体侧面电极307b形成于石英晶体城堡形焊端306b上。石英晶体侧面电极307b连接到引出电极313b及连接电极305b。
第二底板11包含安装表面M1以及接合表面M2。在第二底板11的安装表面M1上，形成所述一对外部电极115a以及115b。在第二底板11的四个角处，形成侧部城堡形焊端116a以及116b。在侧部城堡形焊端116a中，形成侧面电极117a，侧面电极117a连接到外部电极115a。在侧部城堡形焊端116b中，形成侧面电极117b，侧面电极117b连接到外部电极115b。在接合表面M2上，形成连接电极118a，连接电极118a连接到侧面电极117a。侧面电极117b连接到连接电极118b。
第二盖12包含接合表面M5。在第二盖12的四个角处，形成侧部城堡形焊端126a以及126b。
如图4A中所说明，通过在氮气中或在真空中按压第二底板11以及石英晶体框架30并将其加热到300℃到400℃，密封材料SL以及导电粘合剂61将石英晶体框架30与第二底板11接合在一起。同时，石英晶体框架30的连接电极305a以及305b电连接到基底连接电极118a以及118b。
石英晶体框架30与第二盖12以密封材料SL接合。第二底板11以及第二盖12接合到石英晶体框架30，因此形成空腔CT。空腔CT内部被抽空或填充以惰性气体。
密封材料SL由包含(例如)钒的低熔点玻璃制成。低熔点玻璃防水防潮，因此防止空气中的水进入空腔且防止损坏空腔的气密密封。基于钒的低熔点玻璃是调配为与粘结剂以及溶剂混合的膏状物。此玻璃通过焙烧以及冷却而接合到另一构件。基于钒的低熔点玻璃在(例如)接合处的气密性以及防潮防水性方面具有高可靠性。
如图4B中所说明，石英晶体框架30中的激励电极304a在X轴方向上的长度Lb的中心点P相对于晶体元件301在X轴方向上的长度La的中心点O朝向引出电极的相对侧(+X轴侧)偏心了25微米到65微米。继而，形成台面型振动部分303的区域的中心点P相对于晶体元件301的中心点O偏心(参见图4B)。激励电极304形成于对应于振动部分303的中心中。因此，激励电极304的中心点P也偏心了与振动部分303相同的量。即，从晶体元件301的中心点O到激励电极的长度的中心点P的偏心量Lf是朝向+X侧25微米到65微米。原因是，CI值取如图2所述的范围内的最小值。
已在上文详细描述了代表性实施例。但所属领域的技术人员将清楚，可在本发明的技术范围内以各种方式改变或修改本发明。举例来说，本发明适用于将具有振荡电路等的IC包含在封装中作为石英晶体装置的振荡器。另外，可实现本发明的以下修改，而不偏离本发明的新颖概念的精神和范围。
根据第一修改的台面型石英晶体振动件可还包含位于薄部分中的连接电极。所述连接电极电连接到引出电极。导电粘合剂涂覆在连接电极上。振动器与所述薄部分在预定方向上可具有900微米到1400微米的长度。连接电极在预定方向上可具有150微米到250微米的长度。导电粘合剂在预定方向上可具有100微米到150微米的长度。
根据第二修改的台面型石英晶体振动件可包含：环状框架主体，所述环状框架主体经由孔隙围绕薄部分；以及连接部分，所述连接部分将所述薄部分与所述环状框架主体连接。根据第三修改的台面型石英晶体振动件可包含振动器，所述振动器在38.4兆赫或32.736兆赫的振动频率下振动。
根据第四修改的石英晶体装置可包含：底板，台面型石英晶体振动件放置于所述底板上；以及盖板，所述盖板与所述底板一起形成空腔。所述空腔容纳台面型石英晶体振动件。根据第五修改的石英晶体装置可包含：底板，所述底板接合到环状框架主体的一个表面；以及盖板，所述盖板接合到所述环状框架主体的另一表面。所述盖板与所述底板一起形成空腔。所述空腔容纳台面型石英晶体振动件。
已在前述说明书中描述了本发明的原理、优选实施例以及操作模式。然而，希望受到保护的本发明不应解释为限于所揭示的特定实施例。此外，本文所述的实施例应视为说明性而非限制性的。在不偏离本发明的精神的情况下，可由他人作出变化以及改变，且可采用等效物，此些变化皆属于本发明的范围。
Claims (10)
1.一种台面型石英晶体振动件，包括：
振动器，所述振动器为具有两个主要表面的四边形形状；
一对激励电极，所述激励电极位于所述两个主要表面上；
薄部分，所述薄部分位于所述四边形形状之外，所述薄部分的厚度比所述振动器的厚度薄；以及
一对引出电极，所述引出电极是从所述激励电极向预定方向引出，其中
所述激励电极在所述预定方向上的第一长度的中心相对于在所述预定方向上的第二长度的中心偏心，所述第二长度包含所述振动器的长度以及所述薄部分的长度，所述第一长度的所述中心朝向所述引出电极的相对侧偏心了25微米到65微米。
2.根据权利要求1所述的台面型石英晶体振动件，还包括：
连接电极，所述连接电极安置在所述薄部分中，所述连接电极电连接到所述引出电极，导电粘合剂涂覆在所述连接电极上，其中
所述振动器与所述薄部分在所述预定方向上具有900微米到1400微米的长度，
所述连接电极在所述预定方向上具有150微米到250微米的长度，以及
所述导电粘合剂在所述预定方向上具有100微米到150微米的长度。
3.根据权利要求1所述的台面型石英晶体振动件，还包括：
环状框架主体，所述环状框架主体经由孔隙围绕所述薄部分；以及
连接部分，所述连接部分将所述薄部分与所述环状框架主体连接。
4.根据权利要求1所述的台面型石英晶体振动件，其特征在于：
所述振动器在38.4兆赫或32.736兆赫的振动频率下振动。
5.根据权利要求2所述的台面型石英晶体振动件，其特征在于：
所述振动器在38.4兆赫或32.736兆赫的振动频率下振动。
6.根据权利要求3所述的台面型石英晶体振动件，其特征在于：
所述振动器在38.4兆赫或32.736兆赫的振动频率下振动。
7.一种石英晶体装置，包括：
根据权利要求1所述的台面型石英晶体振动件；
底板，所述台面型石英晶体振动件放置于所述底板上；以及
盖板，所述盖板与所述底板一起形成空腔，所述空腔容纳所述台面型石英晶体振动件。
8.一种石英晶体装置，包括：
根据权利要求2所述的台面型石英晶体振动件；
底板，所述台面型石英晶体振动件放置于所述底板上；以及
盖板，所述盖板与所述底板一起形成空腔，所述空腔容纳所述台面型石英晶体振动件。
9.一种石英晶体装置，包括：
根据权利要求4所述的台面型石英晶体振动件；
底板，所述台面型石英晶体振动件放置于所述底板上；以及
盖板，所述盖板与所述底板一起形成空腔，所述空腔容纳所述台面型石英晶体振动件。
10.一种石英晶体装置，包括：
根据权利要求3所述的台面型石英晶体振动件；
底板，所述底板接合到所述环状框架主体的一个表面；以及
盖板，所述盖板接合到所述环状框架主体的另一表面，所述盖板与所述底板一起形成空腔，所述空腔容纳所述台面型石英晶体振动件。
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