CN102957396A - 振动元件、振子、电子装置、电子设备及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供振动元件、振子、电子装置、电子设备及移动体,其通过基波而实现CI值较小且抑制了接近的寄生响应的高频的小型压电振动元件。压点振动元件(1)具有:压电基板(10),其具有矩形的振动部(12)以及与振动部(12)一体化的厚壁的厚壁部(13);激励电极(25a、25b);引线电极(27a、27b)。厚壁部(13)具有:第一厚壁部(14);第二厚壁部(15),其与第一厚壁部(14)的一端连接设置。第一厚壁部(14)具有:第一倾斜部,其厚度是变化的;四方柱状的第一厚壁部主体(14a),第一厚壁部(14)上设有至少一个狭缝(20)。

Description

振动元件、振子、电子装置、电子设备及移动体
技术领域
本发明涉及一种以厚度切变振动模式作为主振动的振子,尤其涉及一种具有所谓的倒台面型结构的振动元件、振子、电子装置以及使用了振子的电子设备和移动体。
背景技术
由于AT切割水晶振子激励的主振动的振动模式为厚度切变振动,而适用于小型化、高频化,且频率温度特性呈优异的三次曲线,因此在压电振荡器、电子设备等多方面被使用。
专利文献1中公开了一种在主面的一部分上形成凹陷部而实现了高频化的、所谓的倒台面型结构的AT切割水晶振子。使用水晶基板的Z’轴方向上的长度长于X轴方向上的长度的、所谓的Z’长基板。
专利文献2中公开了一种具有如下结构的倒台面型结构的AT切割水晶振子,即,在矩形且薄壁的振动部中,于三条边上分别连接设置有厚壁的支承部(厚壁部),从而露出了所述薄壁的振动部的一条边的结构。此外,水晶振动片为,使AT切割水晶基板的X轴和Z’轴分别以Y’轴为中心而在-120°~+60°的范围内旋转而成的面内旋转AT切割水晶基板,并且水晶振动片为确保了振动区域,且批量生产性优异(获得多个)的结构。
专利文献3和4中公开了一种具有如下结构的倒台面型结构的AT切割水晶振子,即,在矩形且薄壁的振动部中,于三条边上分别连接设置有厚壁的支承部,从而露出了所述薄壁的振动部的一条边的结构,水晶振动片使用水晶基板的X轴方向上的长度长于Z’轴方向上的长度的、所谓的X长基板。
专利文献5中公开了一种具有如下结构的倒台面型结构的AT切割水晶振子,即,在矩形且薄壁的振动部中,于邻接的两条边上分别连接设置有厚壁的支承部,从而在俯视观察时,厚壁部被设置为L字状。水晶基板使用Z’长基板。
然而,在专利文献5中,为了获得L字状的厚壁部,而像专利文献5的图1(c)、图1(d)所记载的那样沿着线段α、和线段β来削除厚壁部,但由于该削除以通过切割等机械加工来实施削除为前提,因此存在在切削面上产生碎屑或裂缝等的损坏,而导致超薄部发生损坏的问题。此外,还存在在振动区域上成为寄生响应的原因的无用振动的产生、CI值的增加等问题。
专利文献6中公开了一种具有如下结构的倒台面型结构的AT切割水晶振子,即,仅薄壁的振动部的一条边上连接设置有厚壁的支承部,从而露出了所述薄壁的振动部的三条边的结构。
专利文献7中公开了一种倒台面型结构的AT切割水晶振子,其通过在水晶基板的两个主面上即表被面上对置地形成凹陷部,从而实现了高频化。并提出了下述结构,即,水晶基板使用X长基板,并在被形成在凹陷部中的振动区域的平坦性被确保的区域内,设置有激励电极。
可是,已知在AT切割水晶振子的振动区域内被激励的厚度切变振动模式中,由于弹性常数的各向异性,从而振动位移分布成为在X轴方向上具有长径的椭圆状。专利文献8中公开了一种激励厚度切变振动的压电振子,其具有在压电基板的表被两个面内上表背对称地配置有一对环状电极。以环状电极仅激励对称零阶模式,而基本上不激励除此之外的非谐高阶模式的方式,来设定环状电极的外周直径与内周直径之差。
专利文献9中公开了一种将压电基板和设置在压电基板的表背面上的激励电极的形状均设定为长圆形状的压电振子。
专利文献10中公开了一种将水晶基板的长度方向(X轴方向)上的两端部、及电极的X轴方向上的两端部的形状均设定为半椭圆状,且将椭圆的长轴与短轴的比(长轴/短轴)设定为大致1.26的水晶振子。
专利文献11中公开了一种在椭圆的水晶基板上形成有椭圆的激励电极的水晶振子。虽然长轴和短轴的比优选为1.26:1,但在考虑到制造尺寸的偏差等时,1.14~1.39:1的范围程度较为实用。
专利文献12中公开了一种下述结构的压电振子,即,为了进一步改善厚度切变压电振子的能量封闭效果,而在振动部和支承部之间设置有切口或狭缝。
可是,在实现压电振子的小型化时,由于因粘合剂而导致的残留应力,将产生电特性的恶化和频率老化的不良。专利文献13中公开了一种在矩形平板状的AT切割水晶振子的振动部和支承部之间,设置有切口或狭缝的水晶振子。通过使用这种结构,从而能够抑制残留应力向振动区域扩散的情况。
专利文献14中公开了一种为了改善(缓和)安装变形(应力),而在倒台面型压电振子的振动部和支承部之间设置有切口或狭缝的振子。
专利文献15中公开了一种通过在倒台面型压电振子的支承部设置狭缝(贯穿孔),从而确保表背面的电极的导通的压电振子。
专利文献16中公开了一种通过在厚度切变振动模式的AT切割水晶振子的支承部设置狭缝,从而抑制高阶轮廓系统的无用模式的水晶振子。
此外,专利文献17中公开了一种振子,其通过在倒台面型AT切割水晶振子的薄壁的振动部与厚壁的保持部的连接设置部、即具有倾斜面的残渣部设置有狭缝,从而抑制寄生响应。
近些年来,对压电装置的小型化、高频化和高性能化的要求增强。然而,明确了存在下述问题,即,在欲实现小型化、高频化时,如上文所述的各种结构的压电振子中,主振动的CI值、接近的寄生响应CI值比(=CIs/CIm,在此,CIm为主振动的CI值,CIs为寄生响应的CI值,标准的一个示例为1.8以上)等将不满足要求。尤其是,在频率为几百MHz的高频时,形成于压电振动元件上的激励电极和引线电极的电极膜厚度存在问题。在欲仅将压电振动元件的主振动设为封闭模式时,将存在电极膜将变薄,从而产生欧姆损耗,压电振动元件的CI值增大的问题。
另外,当为了防止电极膜的欧姆损耗而增厚膜厚度时,除主振动之外多个非谐模式也成为封闭模式,从而存在不满足接近的寄生响应CI值比的问题。
专利文献1:日本特开2004-165743号公报
专利文献2:日本特开2009-164824号公报
专利文献3:日本特开2006-203700号公报
专利文献4:日本特开2002-198772号公报
专利文献5:日本特开2002-033640号公报
专利文献6:日本特开2001-144578号公报
专利文献7:日本特开2003-264446号公报
专利文献8:日本特开平2-079508号公报
专利文献9:日本特开平9-246903号公报
专利文献10:日本特开2007-158486号公报
专利文献11:日本特开2007-214941号公报
专利文献12:日本实开昭61-187116号公报
专利文献13:日本特开平9-326667号公报
专利文献14:日本特开2009-158999号公报
专利文献15:日本特开2004-260695号公报
专利文献16:日本特开2009-188483号公报
专利文献17:日本特开2003-087087号公报
发明内容
因此,本发明是为了解决上述问题的至少一部分而实施的,其目的在于,提供一种能够实现高频化(100~500MHz频带),且减少主振动的CI值,从而满足寄生响应CI值比等的电气性的要求的压电振动元件、压电振子、电子装置以及使用本发明的压电振子的电子设备。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而实施的,能够作为以下的方式或应用例而实现。
应用例1
本发明所涉及的压电振动元件的特征在于,包括:基板,其包括具有振动区域的振动部、以及与该振动部一体化且厚度厚于所述振动部的厚壁部;激励电极,其设置于所述振动区域内;所述厚壁部包括:第一厚壁部,其沿着所述振动部的一条边而设置;第二厚壁部,其沿着与所述一条边连接的另一条边而设置;所述第一厚壁部和所述第二厚壁部各自的一端连接设置,所述第一厚壁部的一个主面从所述振动部的一个主面突出设置,所述第一厚壁部的另一个主面和所述振动部的另一个主面为同一个面,所述第二厚壁部的一个主面从所述振动部的一个主面突出设置,所述第二厚壁部的另一个主面和所述振动部的另一个主面为同一个面,所述第一厚壁部包括:第一倾斜部,其厚度随着从与所述振动部的第一外边缘连接设置的一侧端缘朝向另一侧端缘离开而增加;第一厚壁部主体,其与该第一倾斜部的所述另一侧端缘连接设置,在所述第一厚壁部上设置有至少一个狭缝。
根据该结构,利用了基波的高频的压电振动元件被小型化,且容易进行大量生产。并且,由于通过在第一厚壁部上设置有狭缝,从而能够抑制因粘合及固定而产生的应力的扩散,因此具有下述效果,即,可获得具有优异的频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性的压电振动元件。另外,由于激励电极与引线电极、衬垫电极分别采用不同种类结构的金属材料,且以适当的膜厚度构成,因此具有下述效果,即,可获得主振动的CI值较小,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振动元件。
应用例2
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述压电基板为如下的水晶基板,即,将由构成水晶的结晶轴的、作为电轴的X轴、作为机械轴的Y轴、和作为光学轴的Z轴形成的直角坐标系中的所述X轴作为中心,而将使所述Z轴向所述Y轴的-Y轴方向倾斜而成的轴设定为Z’轴,并将使所述Y轴向所述Z轴的+Z轴方向倾斜而成的轴设定为Y’轴,所述水晶基板将包含所述X轴和所述Z’轴的平面设定为主面,且以沿着所述Y’轴的方向为厚度方向。
由于采用以如上的切割角度切割出的压电基板,来构成压电振动元件,因此具有以下效果,即,能够以更加合适的切割角度构成要求规格的压电振动元件,且可获得具有与规格匹配的频率温度特性,CI值较小,从而CI值比较大的高频压电振动元件。
应用例3
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述第一厚壁部以及所述第二厚壁部向所述Y’轴的+Y'轴方向突出地设置。
通过以此种方式构成第一厚壁部和第二厚壁部,从而具有能够在避免向振动部施加的变形的条件下,将压电振动元件固定于封装件内的效果。
应用例4
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述第二厚壁部被设置于所述Z’轴的+Z’轴方向上。
通过以此种方式构成第二厚壁部,从而具有如下优点,即,即使除去在Z’轴的-Z’轴方向上由于蚀刻而产生的两段倾斜,也能够保持振动部的强度,因此能够将压电振动元件固定于封装件内。
应用例5
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述第一厚壁部被设置于所述X轴的+X轴方向上。
通过以此种方式构成第一厚壁部,从而具有以下优点,即,由于在X轴的+X轴方向上因蚀刻而产生的倾斜较长,因此能够在避免向振动部施加的变形的条件下,将压电振动元件固定于封装件内。
应用例6
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述狭缝沿着所述第一倾斜部与所述第一厚壁部主体的边界部,而被设置于所述第一厚壁部主体内。
根据该结构,压电振动元件被小型化,且由于沿着第一倾斜部与第一厚壁部主体的边界部而设置狭缝,因此能够抑制在对压电振动元件进行粘合固定时产生的应力的扩散。由此,具有下述效果,即,可获得具有优异的频率温度特性、CI(晶体阻抗)温度特性以及频率老化特性的压电振动元件。
应用例7
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述狭缝从所述振动部的一条边离开而被设置在所述第一倾斜部内。
根据该结构,压电振动元件被小型化,且由于从振动部的一条边离开而将狭缝设置在第一倾斜部内,因此狭缝的形成变得较为容易,且能够抑制在对压电振动元件进行粘合固定时产生的应力的扩散。由此,具有下述效果,即,可获得具有优异的频率温度特性、CI温度特性的压电振动元件。
应用例8
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述狭缝包括:第一狭缝,其被设置于所述第一厚壁部主体内;第二狭缝,其从所述振动部的一条边离开而被设置在所述第一倾斜部内。
根据该结构,压电振动元件被小型化,且由于在第一厚壁部上设置有两个狭缝,因此能够进一步良好地抑制在对压电振动元件进行粘合固定时产生的应力的扩散。由此,具有下述效果,即,可获得具有优异的频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性的压电振动元件。
应用例9
如上述应用例中所述的压电振动元件,其特征在于,所述第一狭缝沿着所述第一倾斜部与所述第一厚壁部主体的边界部,而被设置于所述第一厚壁部主体内。
由于以此种方式,第一狭缝沿着第一倾斜部与第一厚壁部主体的边界部而设置,因此具有如效果,即,能够进一步抑制在对压电振动元件进行粘合固定时产生的应力的扩散。
应用例10
一种压电振子,其特征在于,具备:上述应用例中所述的压电振动元件;封装件,其对该压电振动元件进行收纳。
根据该结构,具有下述效果,即,高频的压电振动元件被小型化,且能够降低由于对压电振动元件进行粘合固定而产生的应力,从而可获得具有优异的频率再现性、频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性的压电振子。另外,由于激励电极与引线电极、衬垫电极分别采用不同种类结构的金属材料,且以适当的膜厚度构成,因此具有下述效果,即,可获得主振动的CI值较小,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振子,且可获得电容比较小的压电振子。
应用例11
一种电子装置,其特征在于,具备:上述应用例所述的压电振动元件;电子部件;封装件,其对所述压电振动元件和所述电子部件进行收纳。
当以此种方式构成将压电振动元件和电子部件收纳于封装件内的电子装置时,具有如下效果,即,例如在电子部件中应用了热敏电阻的情况下,由于感温元件的热敏电阻被设置得极度接近压电振动元件,因此能够较快地对压电振动元件的温度变化进行检测。另外,由于将电子部件内置,从而具有如下效果,即,能够减轻在使用的设备侧附加温度控制功能等的、设备侧的负担。
应用例12
如上述应用例中所述的电子装置,其特征在于,所述电子部件为,可变电容元件、热敏电阻、电感器、电容器中的任一种。
以此种方式,当电子部件采用可变电容元件、热敏电阻、电感器、电容器中的任一种而构成电子装置(压电装置)时,具有如下效果,即,能够以小型且低成本来实现更加适合于要求规格合适的电子装置的装置。
应用例13
如上述应用例中所述的电子装置,其特征在于,在封装件内具有对所述压电振动元件进行驱动的振荡电路。
根据该结构,具有下述效果,即,可获得具有优异的频率再现性、频率温度特性、频率老化特性,小型且高频(例如,490MHz频带)的电子装置(压电装置)。此外,由于压电装置使用基波的压电振动元件,因此电容比较小,频率可变幅度较广。而且,具有下述效果,即,可获得S/N比良好的电子装置(压电装置)。
另外,具有下述效果,即,作为压电装置,能够构成压电振荡器、温度补偿型压电振荡器等,且能够构成频率再现性、老化特性、频率温度特性优异的电子装置(压电装置)。
应用例14
一种电子设备,其特征在于,具有:上述应用例所述的压电振子。
根据该结构,由于将本应用例的压电振子应用在电子设备中,因而具有能够构成具备高频且频率稳定度优异,S/N比良好的基准频率源的电子设备的效果。
应用例15
一种移动体,其特征在于,具有:上述实用例所述的压电振子。
根据该结构,由于将本应用例所述的压电振子应用于移动体中,从而具有能够构成具备高频且频率稳定度优异、S/N比良好的基准频率源的移动体的效果。
附图说明
图1(a)~图1(f)为表示第一实施方式的压电振动元件1的结构的示意图,图1(a)为俯视图,图1(b)为P-P剖视图,图1(c)为Q-Q剖视图,图1(d)、图1(e)和图1(f)为表示狭缝形状的改变例的Q-Q剖视图。
图2为对AT切割水晶基板和结晶轴的关系进行说明的图。
图3(a)为表示引线电极和衬垫电极的结构的俯视图,图3(b)为表示激励电极的结构的俯视图。
图4表示压电振动元件1的改变例的结构的俯视图。
图5表示压电振动元件1的另一个改变例的结构的俯视图。
图6(a)~图6(c)为表示第二实施方式的压电振动元件2的结构的示意图,图6(a)为俯视图,图6(b)为P-P剖视图,图6(c)为Q-Q剖视图。
图7(a)~图7(c)为表示第三实施方式的压电振动元件3的结构的示意图,图7(a)为俯视图,图7(b)为P-P剖视图,图7(c)为Q-Q剖视图。
图8(a)为表示压电振动元件3的改变例的结构的俯视图,图8(b)为表示压电振动元件1和2的改变例的结构的俯视图。
图9为表示压电振动元件1的改变例的结构的俯视图。
图10为压电基板的制造工序图。
图11为压电振动元件的激励电极和引线电极的制造工序图。
图12(a)为形成于水晶晶片上的各个凹陷部的俯视图,图12(b)~图12(e)为凹陷部的X轴方向上的剖视图。
图13(a)为形成于水晶晶片上的各个凹陷部的俯视图,图13(b)~图13(e)为凹陷部的Z’轴方向上的剖视图。
图14(a)为图1(a)~图1(f)所示的压电振动元件1的立体图,图14(b)为Q-Q纵剖视图(仅表示剖面的图)。
图15(a)为压电振子5的俯视图,图15(b)为纵剖视图。
图16为电子装置(压电装置)6的纵剖面图。
图17(a)为电子装置7(压电装置)的俯视图,图17(b)为纵剖面图。
图18为电子装置(压电装置)7的改变例的纵剖视图。
图19为电子设备的模式图。
图20为表示作为电子设备的一个示例的便携型个人计算机的结构的立体图。
图21为表示作为电子设备的一个示例的移动电话的结构的立体图。
图22为表示作为电子设备的一个示例的数码相机的结构的立体图。
图23为表示作为移动体的一个示例的汽车的结构的立体图。
图24(a)、图24(b)、图24(c)为改变例所涉及的压电基板的结构说明图。
图25(a)、图25(b)、图25(c)为另一个改变例所涉及的压电基板的结构说明图。
图26(a)~图26(c)为压电振动元件1的改变例,图26(a)为俯视图,图26(b)为主要部分的放大图,图26(c)为主要部分的剖视图。
具体实施方式
以下,根据附图,对本发明的实施方式进行详细说明。
第一实施方式
图1(a)~图1(f)为表示本发明第一实施方式所涉及的压电振动元件1的结构的示意图。图1(a)为压电振动元件1的俯视图,图1(b)为从+X轴方向观察P-P截面时的剖视图,图1(c)为从-Z’轴方向观察Q-Q截面时的剖视图,图1(d)、图1(e)和图1(f)为表示狭缝形状的改变例的Q-Q剖视图。
压电振动元件1具备:压电基板10,其具有矩形形状且包含薄壁的振动区域在内的振动部12、以及与振动部12一体化且厚度厚于振动区域的厚壁部13;激励电极25a、25b,其以正反对置的方式而分别被形成在振动区域的表面及背面上;引线电极27a、27b,其从激励电极25a、25b朝向分别被设置在厚壁部13上的衬垫电极29a、29b而分别延伸设置。
此处,压电基板10具备:振动部12,其包含振动区域和边缘部;厚壁部13。另外,X轴方向上的振动部12的尺寸与Z’轴方向上的振动部12的尺寸之比如公知这样,为1.26:1。
另外,振动区域为振动能量被封闭的区域,边缘部是指,振动部12内振动区域的边缘的区域。
压电基板10为矩形形状,且具备:平板状的振动部12,其为薄壁;第一厚壁部14,其沿着作为振动部12的四条边中的一条边的边12a而配置;第二厚壁部15,其沿着作为与振动部12的边12a邻接的另一条边的边12b而配置。即,压电基板10具有厚壁部(厚壁的支承部)13(第一厚壁部14、第二厚壁部15),所述厚壁部13为沿着振动部12中的邻接的边12a、12b而一体化形成的L字状。
第一厚壁部14具备:第一倾斜部14b,其与振动部12的边12a连接设置,且厚度随着从与振动部12的边12a连接的一侧端缘(内侧端缘)朝向另一侧端缘(外侧端缘)离开而逐渐增加;第一厚壁部主体14a,其为厚壁四方柱状,且与第一倾斜部14b的所述另一侧端缘(外侧端缘)连接设置。
同样地,第二厚壁部15具备:第二倾斜部15b,其与振动部12的边12b连接设置,且厚度随着从与振动部12的边12b连接的一侧端缘(内侧端缘)朝向另一侧端缘(外侧端缘)离开而逐渐增加;第二厚壁部主体15a,其为厚壁四方柱状,且与第二倾斜部15b的所述另一侧端缘(外侧端缘)连接设置。
此外,第一厚壁部主体14a、第二厚壁部主体15a是指,在Y’轴方向上的厚度为固定的区域。
第一厚壁部14及第二厚壁部15各自的一个主面(表面)从振动部12的一个主面(表面)突出设置,并且振动部12的另一个主面(背面)与第一厚壁部14和第二厚壁部15各自的另一个主面(背面)处于同一平面上,即处于与图1(a)至图1(f)所示的坐标轴的X-Z’面平行的平面上。将上述的一侧主面(表面)称作凹陷面,而将另一侧主面(背面)称为平面(平坦面)。
第一厚壁部14的一个主面(表面)从振动部12的一个主面(表面)突出设置。并且,第一厚壁部14的另一个主面(背面)与振动部12的另一个主面(背面)连续地连接,并构成为同一个面。并且,关于在振动区域内具有台面上的突出的能量封闭区域的情况,也只需使边缘部的另一个主面(背面)与第一厚壁部14的另一个主面连续地连接,并构成为同一个面即可。
第二厚壁部15的一个主面(表面)从振动部12的一个主面(表面)突出设置。并且,第二厚壁部15的另一个主面(背面)和振动部12的另一个主面(背面)连续地连接,并构成为同一个面。并且,关于在振动区域内具有台面上的突出的能量封闭区域的情况,也只需使边缘部的另一个主面(背面)与第一厚壁部14的另一个主面连续地连接,并构成为同一个面即可。
以此种方式,第一厚壁部14被设置于X轴的+X轴方向上,第二厚壁部15被设置于Z’轴的+Z’轴方向上。
第一厚壁部14上,用于缓和随着压电振动元件1的安装而产生的应力的至少一个狭缝20,以沿着Z’轴方向延伸,且在Y’轴方向上贯穿的方式,而被形成在振动部12和衬垫电极29a、29b之间。在图1(a)~图1(f)所示的实施方式中,狭缝20沿着第一倾斜部14b与第一厚壁部主体14a的边界部(连接部)而被形成于第一厚壁部主体14a的面内。换言之,狭缝20被第一厚壁部主体14a包围而形成。
并且,狭缝20并不局限于如图1(c)所示的被贯穿形成的狭缝,也可以为具有底部的槽状的狭缝。对槽状的狭缝进行详细叙述,例如,如图1(d)所示,也可以由从第一厚壁部主体14a的表面侧而形成且具有底部的第一狭缝20a、和从第一厚壁部主体14a的背面侧而形成且具有底部的第二狭缝20b这种,从表被两面侧进行设置的狭缝构成。
此外,如图1(e)所示,也可以由从第一厚壁部主体14a的表面侧而形成且具有底部的第三狭缝20c构成。另外,如图1(f)所示,也可以由从第一厚壁部主体14a的背面侧而形成且具有底部的第四狭缝20d构成。
并且,狭缝20a、20b、20c、20d的底部的厚度既可以厚于振动部12的厚度,也可以薄于振动部12的厚度。
在此说明的狭缝20(20a、20b、20c、20d)的形状也可以应用于以下说明的其他实施方式、改变例和应用例中。
压电基板10为水晶基板,水晶基板的压电材料属于三方晶系,从而如图2所示,具有相互正交的结晶轴X、Y、Z。X轴、Y轴、Z轴分别被称作电轴、机械轴、光学轴。而且,水晶基板将由沿着使X-Z面绕X轴旋转预定的角度θ而成的平面,从水晶中切出的、所谓旋转Y切割水晶基板形成的平板,用作压电振动元件。例如,在旋转Y切割水晶基板为AT切割水晶基板的情况下,角度θ为大致35°15′。并且,使Y轴和Z轴也绕X轴旋转θ,而分别形成为Y’轴和Z’轴。因此,AT切割水晶基板具有正交的结晶轴X、Y’、Z’。另外,厚度方向为Y’轴,与Y’轴正交的XZ’面(包含X轴和Z’轴的面)为主面,并且厚度切变振动作为主振动而被激励。
即,压电基板10由如下的AT切割水晶基板构成,即,如图2所示,将由X轴(电轴)、Y轴(机械轴)、Z轴(光学轴)构成的直角坐标系中的X轴作为中心,而将使Z轴向Y轴的-Y轴方向倾斜而成的轴设定为Z’轴,并将使Y轴向Z轴的+Z轴方向倾斜而成的轴设定为Y’轴,此时,所述AT切割水晶基板由与X轴和Z’轴平行的面构成,且以与Y’轴平行的方向为厚度方向。
如图1(a)所示,压电基板10以与Y’轴平行的方向(以下,称作“Y’轴方向”)为厚度方向,并具有矩形形状,该矩形以与X轴平行的方向(以下,称作“X轴方向”)为长边,并以与Z’轴平行的方向(以下,称作“Z’轴方向”)为短边。
并且,压电基板10不限于矩形,可以为正方形、其他的四边形形状,也可以为五边形以上的多边形。另外,振动部的一条边不限于直线,也可以具有曲率的边,在振动部的外形为多边形的情况下,也可以在所述一条边与该一条边连接的另一条边之间的角部设置另外的边。
并且,本发明所涉及的压电基板并不局限于上述角度θ为大致35°15′的AT切割,当然也可以广泛应用于激励厚度切变振动的BT切割等的压电基板。
对压电基板10进行驱动的激励电极25a、25b在图1(a)~图1(f)所示的实施方式中为四方形形状,并在振动部12的大致中央部的表背两面(上表面及下表面两面)上隔着压电基板10而相互对置形成。背面(平坦面)侧的激励电极25b的面积的大小,相对于表面侧(凹陷面侧)的激励电极25a的大小,被设定得足够大。其原因在于,为了不使因激励电极25a、25b的质量效应导致的能量封闭系数大到所需值以上。也就是说,通过充分增大背面侧(平坦面侧)的激励电极25b,从而板后退(plate back)量Δ(=(fs-fe)/fs,在此,fs为压电基板的截止频率,fe为将激励电极附着在压电基板整个面上的情况下的频率)仅依赖于表面侧(上表面侧)的激励电极25a的质量效应。
激励电极25a、25b使用蒸镀装置或阴极真空喷镀装置等,例如将镍(Ni)成膜为基底,再在其上重叠金(Au)并进行成膜。金(Au)的厚度优选在欧姆损耗不会变大的范围内,且仅将主振动(S0)作为封闭模式,而不将斜对称非谐模式(A0、A1…)和对称非谐模式(S1、S3…)作为封闭模式。然而,例如,在490MHz频带的压电振动元件中,当以避免电极膜厚的欧姆损耗的方式成膜时,低阶的非谐模式成为封闭模式是不可避免的。
从形成在表面侧的激励电极25a延伸出的引线电极27a从振动部12的表面上起,经由第二倾斜部15b和第二厚壁部主体15a,而与形成于第一厚壁部主体14a的表面上的衬垫电极29a导通连接。此外,从形成于背面侧的激励电极25b延伸出的引线电极27b,经由压电基板10的背面的端缘部,而与形成于第一厚壁部主体14a的背面上的衬垫电极29b导通连接。
图1(a)所示的实施方式为引线电极27a、27b的引出结构的一个示例,引线电极27a也可以经由其他厚壁部。但是,引线电极27a、27b的长度优选为最短,且优选通过考虑到引线电极27a、27b彼此不隔着压电基板10而交叉,从而抑制静电电容的增加。
此外,在图1(a)~图1(f)的实施方式中,例示了以在压电基板10的表背面上对置的方式分别形成衬垫电极29a、29b的示例。在将压电振动元件1收纳在封装件内时,如后文所述的,将压电振动元件1翻过来,用导电性粘合剂对衬垫电极29a和封装件的端子电极进行机械固定及电连接,并使用接合线而对衬垫电极29b和封装件的端子电极进行电连接。当像这样支承压力振动元件1的部位为一点时,则能够减小因导电性粘合剂而产生的应力。
在振动部12、和压电振动元件1的被支承部即衬垫电极29a、29b之间设置狭缝20的理由为,防止在导电性粘合剂固化时产生的应力的扩散。
即,在利用导电性粘合剂而将压电振动元件1粘合固定在封装件内的情况下,首先,将导电性粘合剂涂布在第一厚壁部主体14a的衬垫电极29a(被支承部)上,然后将其载置在封装件等的元件搭载衬垫上,并进行按压。为了使导电性粘合剂固化,而在高温下保持预定的时间。由于在高温状态下,第一厚壁部主体14a和封装件一起膨胀,粘合剂也暂时软化,因此在第一厚壁部主体14a中不会产生应力。在导电性粘合剂固化,第一厚壁部主体14a和封装件冷却,并且其温度返回至常温(25℃)时,由于导电性粘合剂、封装件和第一厚壁部主体14a的各自线膨胀系数的差异,产生由硬化了的导电性粘合剂产生的应力。该应力从第一厚壁部主体14a向第二厚壁部15扩散,并从第一倾斜部14b和第二倾斜部15b向振动部12扩散。为了防止该应力的扩散,而设置应力缓和用的狭缝20。
如此,由于将狭缝20沿着第一倾斜部14b与第一厚壁部主体14a的边界部(连接部)而配置,从而能够较大地确保第一厚壁部14a的衬垫电极29a的面积,由此能够增大涂布的导电性粘合剂的直径。与此相对,当狭缝20配置于第一厚壁部主体14a的靠近衬垫电极29a的位置处时,衬垫电极29a的面积将缩狭,从而必须减小导电性粘合剂的直径。其结果为,导致导电性粘合剂内包含的导电填充物的绝对量也减少,导电性恶化,从而存在压电振动元件1的共振频率变得不稳定,而容易产生频率变动(通称F跳跃)的可能。
因此,狭缝20优选靠近第一倾斜部14b与第一厚壁部主体14a的边界部(连接部)而配置。
为了求出在压电基板10上产生的应力(∝变形)分布,一般使用有限元法进行模拟。振动部12中的应力越小,越可获得频率温度特性、频率再现性、频率老化特性优异的压电振动元件。
虽然作为导电性粘合剂,存在硅酮类、环氧类、聚酰亚胺类、双马来酰亚胺类等,但考虑到由压电振动元件1的脱气导致的频率随时间变化,而使用聚酰亚胺类的导电性粘合剂。
由于聚酰亚胺类的导电性粘合剂较硬,与对分开的两个部位进行支承(两点支承)相比,支承一个部位能够降低产生的应力的大小。因此,在100~500MHz的高频带中的例如490MHz频带的电压控制型压电振荡器(Voltage ControlledCrystal Oscillator:VCXO)用的压电振动元件1上,使用了一处支承(一点支承)结构。
也就是说,如后文所述的,衬垫电极29a使用导电性粘合剂而与封装件的元件搭载衬垫机械固定并电连接,另一个衬垫电极29b使用接合线而与封装件的电极端子电连接。
此外,图1(a)~图1(f)所示的压电基板10的外形为,X轴方向上的长度长于Z’轴方向上的长度,即形成所谓的X长。这是因为,虽然压电基板10在用导电性粘合剂等被连接并固定时产生应力,但众所周知,当对将力施加于AT切割水晶基板的X轴方向上的两端时的频率变化、和将相同的力施加于Z’轴方向上的两端时的频率变化进行比较时,将力施加于Z’轴方向上的两端时,频率变化更小。也就是说,支承点沿着Z’轴方向而设置时由应力导致的频率变化更小,因此,优选如此设置。
图3(a)为表示形成在压电基板10的表背面上的引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b的配置、结构的俯视图,图3(b)为表示激励电极25a、25b的配置、结构的俯视图。
引线电极27a被形成为,从压电基板10的表面上假定的激励电极25a的端缘延伸出,经由第二厚壁部15的表面,而与被设置在第一厚壁部主体14a的大致中央部的表面上的衬垫电极29a连接设置。另外,引线电极27b被形成为,从压电基板10的背面上假定的激励电极25b的端缘延伸出,沿着背面(平坦面)的边缘,而与被设置在第一厚壁部主体14a的大致中央部的背面上的衬垫电极29b连接设置。
引线电极27a、27b于压电基板10的表背面上分别具有:由铬(Cr)的薄膜形成的第一层,以及层叠于该第一层的上表面上的、由金(Au)的薄膜形成的第二层。将对引线电极27a的一部分27A的R-R剖面进行了扩大的图图示在图3(a)中左侧的虚线圆27A中。在第一厚壁部主体14a的表面侧(上表面侧)上将铬的薄膜27c形成为基底,并在其上对金的薄膜27g进行层叠并成膜,从而构成引线电极27a。对于引线电极27b而言,层叠内容是相同的。
另外,被设置第一厚壁部主体14a的中央部的表背面上的衬垫电极29a、29b分别具有:由铬(Cr)的薄膜形成的第一层,以及层叠于该第一层的上表面上的、由金(Au)的薄膜形成的第二层。将对衬垫电极29a、29b的一部分29A的T-T剖面进行了扩大的图图示在图3(a)中下部的虚线圆29A中。在第一厚壁部主体14a的表面侧(上表面侧)上将铬的薄膜29c形成为基底,并在其上对金的薄膜29g进行层叠并成膜,从而构成衬垫电极29a。对于衬垫电极29b而言,层叠内容是相同的。由于引线电极27a、27b及衬垫电极29a、29b由同一工序形成,因此在膜厚度的一个示例中,第一层的铬(Cr)的薄膜为
Figure BDA00002026569200162
(纳米)),金(Au)的薄膜以
Figure BDA00002026569200163
的厚度形成。因此,引线电极27a、27b及衬垫电极29a、29b不会发生欧姆损耗,从而接合强度也较为充分。
并且,也可以采用在铬(Cr)薄膜和金(Au)薄膜之间,夹有其他金属膜的结构。
图3(b)为以与在先前工序中所形成的引线电极27a、27b整合的方式,表示被形成在压电基板10上的激励电极25a、25b的配置、结构的俯视图。在振动部12的表面侧形成激励电极25a,并在背面侧(平面侧)形成激励电极25b,所述激励电极25b的面积充分大于激励电极25a的面积,且将激励电极25a收纳于其面积内。
此处,在激励电极25a、25b的形成过程中,以至少一部分与在先前工序中先形成的引线电极27a、27b重合的方式形成激励电极25a、25b。例如,如图3(b)所示,激励电极25a具有从端部延伸出的引线电极的一部分27d。引线电极的一部分27d以与激励电极25a的表面重合的方式而构成。通过以此种方式构成,从而能够可靠地对激励电极25a和引线电极27a进行电连接,从而能够防止发生导通不良的情况。对于形成于背面侧(平面侧)的激励电极25b而言,也采用相同的结构。
或者,也可以形成为,在先前工序中先形成的引线电极27b的一部分,进入(重合)于激励电极25b的区域。此时,由于决定共振频率的板后退量仅依赖于被形成在作为振动部12的表面侧的一个主面上的、激励电极25a的质量效应,因此为了使板后退量不从设定值发生改变,而将引线电极27b的一部分构成为,位于与激励电极25a的外形相比靠外边缘侧的位置处,从而在俯视观察时不与激励电极25a隔着压电基板10而重合。
激励电极25a、25b的结构的一个示例为,具有由镍(Ni)的薄膜形成的第一层,以及层叠于该第一层的上表面上的、由金(Au)的薄膜形成的第二层。将激励电极25a、25b的一部分、即虚线圆中的U-U剖视图图示在图3(b)中右侧的虚线圆内。振动部12的表背面的第一层上对镍(Ni)的薄膜25n进行层叠并成膜,在第二层上对金(Au)的薄膜25g进行层叠并成膜。在膜厚度的一个示例中,第一层的镍(Ni)的薄膜为
Figure BDA00002026569200164
金(Au)的薄膜为
Figure BDA00002026569200165
并且,也可以采用在镍(Ni)薄膜和金(Au)薄膜之间,夹有其他金属膜的结构。
对于在将压电基板10的振动部12的基波频率设定为490MHz这种频率极高的的高频带的情况下,使引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b与激励电极25a、25b各自的电极材料、以及电极膜厚度不同的理由,将在以下进行说明。将引线电极27a、27b、衬垫电极29a、29b及激励电极25a、25b设定为,例如,由
Figure BDA00002026569200171
的镍(Ni)的薄膜构成第一层,并由的金(Au)的薄膜构成第二层。虽然主振动充分成为封闭模式,其晶体阻抗(CI;等效电阻)也减小,但由于引线电极27a、27b的金(Au)的膜厚度较薄,因此存在产生薄膜的欧姆损耗的可能。并且,当衬垫电极29a、29b由
Figure BDA00002026569200173
的镍(Ni)的薄膜和
Figure BDA00002026569200174
的金(Au)的薄膜形成时,存在发生引线接合的强度不足的可能。另外,当将引线电极27a、27b、衬垫电极29a、29b及激励电极25a、25b设定为,例如由的铬(Cr)的薄膜构成第一层,并由
Figure BDA00002026569200176
的金(Au)的薄膜构成第二层时,则由于金(Au)的薄膜度较薄,因此存在铬(Cr)因热量而向金(Au)的薄膜内扩散,从而产生薄膜的欧姆损耗,导致主振动的CI增大的可能。
因此,在本实施方式中,将引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b与激励电极25a、25b的形成工序分离,并且将各个电极薄膜的材料和膜厚度设定为,最适合于各个薄膜的功能。即,对于激励电极25a、25b而言,为了将主振动设为封闭模式,并使接近的非谐模式尽可能成为传播模式(非封闭模式),而将电极膜厚度较薄地设定为,例如镍(Ni)为
Figure BDA00002026569200177
金(Au)为另一方面,对于引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b而言,为了减小较细的引线电极的膜电阻,且提高接合的粘合强度,而将铬(Cr)的膜厚度较厚地设定为将金(Au)的膜厚度较厚地设定为
上述的膜厚度为一个示例,并不限定于该数值。考虑到能量封闭理论和薄膜的欧姆损耗,而将最合适的膜厚度的镍(Ni)和金(Au)的层叠膜用于激励电极25a、25b。另外,对于引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b的膜厚度而言,考虑到薄膜的欧姆损耗和接合强度,而采用必要的厚度的铬(Cr)和金(Au)的层叠膜。
对于激励电极25a、25b、引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b的制造方法,将在后文叙述。
在图1(a)~图1(f)的实施方式中,虽然作为激励电极25a、25b的形状,例示了四方形、即正方形或矩形(以X轴方向为长边)的示例,但并不需要局限于此。图4所示的实施方式中,表面侧的激励电极25a为圆形,背面侧的激励电极25b为面积充分大于激励电极25a的面积的四方形。并且,背面侧的激励电极25b也可以为面积足够大的圆形。
图5所示的实施方式中,表面侧的激励电极25a为椭圆形,背面侧的激励电极25b为面积充分大于激励电极25a的面积的四方形。在采用水晶的情况下,因弹性常数的各向异性,X轴方向上的位移分布和Z’轴方向上的位移分布不同,用与X-Z’平面平行的面剖切位移分布后的剖面为椭圆形。因此,在使用椭圆形形状的激励电极25a的情况下,能够最高效地驱动压电振动元件1。即,能够使压电振动元件1的电容比γ(=C0/C1,在此,C0为静电电容,C1为串联共振电容)最小。此外,激励电极25a也可以为长圆形。
第二实施方式
图6(a)~图6(c)为表示第二实施方式所涉及的压电振动元件2的结构的示意图,图6(a)为压电振动元件2的俯视图,图6(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图6(c)为从-Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
压电振动元件2与图1(a)~图1(f)所示的压电振动元件1的不同之处在于,设置应力缓和用的狭缝20的位置。在本示例中,狭缝20被形成在从薄壁的振动部12的边12a的端缘离开的第一倾斜部14b内。并不是沿着振动部12的边12a,以狭缝20的一侧端缘与边12a相接的方式将狭缝20形成在第一倾斜部14b内,而是以从第一倾斜部14b的两个端缘离开的方式来设置狭缝20。也就是说,在第一倾斜部14b内,残留有与振动部12的边12a的端缘连接的极细的倾斜部14bb。换言之,在边12a和狭缝20之间形成有极细的倾斜部14bb。
残留极细的倾斜部14bb的理由如下。即,当通过将高频电压施加于被配置在振动部12内的激励电极25a、25b,来激励振动部12时,除主振动(S0)之外,非谐模式(A0、S1、A1、S2、…)也被激励。虽然,优选为,仅将主振动设为封闭模式(S0),而其他非谐模式成为传播模式(非封闭模式)。但是,在振动部12较薄,其基本频率为几百MHz时,为了避免电极膜的欧姆损耗,激励电极25a、25b需要形成为预定的厚度以上。因此,在将激励电极25a、25b的厚度设定为预定的厚度以上的情况下,接近主振动的低阶非谐模式成为封闭模式。也就是说,图6(a)~图6(c)的振动部12的Z’轴方向上的两端缘的形状为非对称,而且X轴方向上的两端缘的形状也非对称,由此抑制了低阶的非谐模式的驻波的振幅。
第三实施方式
图7(a)~图7(c)为表示第三实施方式所涉及的压电振动元件3的结构的示意图。图7(a)为压电振动元件3的俯视图,图7(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图7(c)为从-Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
压电振动元件3与图1(a)~图1(f)所示的压电振动元件1的不同之处在于,在第一厚壁部主体14a的面内设置第一狭缝20e,且在第一倾斜部14b的面内形成第二狭缝20f,从而设置有两个应力缓和用的狭缝。在第一厚壁部主体14a的面内、和第一倾斜部14b的面内分别形成单独的狭缝的目的为,通过在第一厚壁部14内设置两个狭缝,从而能够更好地抑制导电性粘合剂的固化时产生的应力的扩散。由于详细内容在上述中已经作了说明,因此在此省略。
图8(a)为表示图7(a)~图7(c)所示的压电振动元件3的改变例的结构的俯视图。压电振动元件3’中,第一狭缝20e被设置在第一厚壁部主体14a的面内,第二狭缝20f被设置于第一倾斜部14b的面内。但是,第一狭缝20e和第二狭缝20f不像图7(a)所示这样在X轴方向上并排设置,而是以在Z’轴方向上相互离开的方式错开配置成台阶状,这一点上与压电振动元件3不同。通过设置两个第一狭缝20e和第二狭缝20f,从而能够提高抑制由导电性粘合剂引起的应力扩散到振动部12的效果。
图8(b)为表示图1(a)~图1(f)、图6(a)~图6(c)所示的第一和第二实施方式的压电振动元件1、2的改变例的结构的俯视图。压电振动元件1’中,狭缝20跨越第一厚壁部主体14a和第一倾斜部14b的区域而形成。通过如此形成狭缝20,从而能够提高抑制由导电性粘合剂引起的应力扩散到振动部12的效果。
图9为表示图1(a)~图1(f)所示的实施方式的、压电振动元件1的改变例的结构的俯视图。压电振动元件1”中,引线电极27a形成为,从表面的激励电极25a的端缘延伸出,经由第二壁厚部15的表面,而与被设置在第一厚壁部主体14a的中央部左侧的表面上的衬垫电极29a连接设置。此外,引线电极27b形成为,从背面的激励电极25b的端缘延伸出,经由背面的端部以及连接于表面和背面的压电基板10的端缘,而与被设置在第一厚壁部主体14a的中央部右侧的表面上的衬垫电极29b连接设置。
其与图1(a)~图1(f)所示的实施方式的压电振动元件1的不同点在于,配置衬垫电极29a、29b的位置。压电振动元件1”的衬垫电极29a、29b以相互离开的方式被设置在第一厚壁部主体14a的表面上。衬垫电极29b跨越压电基板10的端缘形成导体薄膜,以与被形成在背面上的引线电极27b导通。衬垫电极29a、29b被构成为,在表面侧的衬垫电极29a、29b上涂布导电性粘合剂,将其翻转并载置于封装件的元件搭载衬垫上时,容易实现导通。
即,在图9的改变例中,采用如下构造,即,在压电振动元件1”的一个面(表面)的第一厚壁部14的两个位置(两点)处涂布导电性粘合剂,从而实现导通和支承固定。虽然为适合于扁平化的构造,但存在由导电性粘合剂引起的应力稍微增大的可能。因此,通过采用如作为第三实施方式的压电振动元件3或压电振动元件3’所示的、设置有两个狭缝的压电振动元件,从而可以期待能够实现抑制导电性粘合剂硬化时产生的应力对振动区域的影响的效果。
另外,也有在导电性粘合剂的硬度比较硬的情况下,通过减小涂布导电性粘合剂的“两个位置(两点)”的中心间的距离,从而减小在两点的中心间产生的与安装相关的变形(应力)的方法。并且,另一方面,也有在导电性粘合剂的硬度比较软的情况下,通过采用硅酮类粘合剂,从而使导电性粘合剂具有缓冲性能,进而减小在两点的中心间产生的与安装相关的变形(应力)的方法。
图10为对与压电基板10的振动部12、外形和狭缝20的形成有关的制造工序图。在此,作为压电晶片,以水晶晶片为示例,附图仅表示Y’-Z’面的剖面。
在工序S1中,对两个面被实施了抛光加工的、预定的厚度例如80μm的水晶晶片10W进行充分清洗、干燥后,在表背面上通过阴极真空喷镀等而分别对金属膜(耐蚀膜)M进行成膜,所述金属膜M通过将铬(Cr)形成为基底,并在其上层叠金(Au)而形成。
在工序S2中,将光刻胶膜(以下,称作“抗蚀剂膜”)R全面涂布在表背面的金属膜M上。
在工序S3中,使用曝光装置和掩模图案,而对表面上的相当于振动部12(凹陷部)的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。当对感光后的抗蚀剂膜R进行显影并剥离感光了的抗蚀剂膜时,表面上的相当于振动部12的位置处的金属膜M将露出。当使用王水等的溶液将从抗蚀剂膜R中露出的金属膜M溶解并去除时,表面上的相当于振动部12的位置处的水晶面将露出。
在工序S4中,使用氢氟酸(氟酸)和氟化铵的混合液,将露出的水晶面从表面起蚀刻至成为所需的厚度。
在工序S5中,使用预定的溶液而剥离两个面上的抗蚀剂膜R,而且使用王水等将露出的金属膜M去除。在该阶段,水晶晶片10W处于在表面(一个面)上的相当于振动部12的位置处形成的凹陷部,以网格状规律地排列的状态。
在工序S6中,在工序S5中所获得的水晶晶片10W的两个面上对金属膜M(Cr+Au)进行成膜。
在工序S7中,在工序S6中所形成的金属膜M(Cr+Au)的两个面上分别涂布抗蚀剂膜R。
在工序S8中,使用曝光装置和预定的掩模图案,而从表背两面对相当于压电基板10的外形和狭缝20(未图示)的位置处的抗蚀剂膜R进行感光,并显影,再将各个抗蚀剂膜R剥离。而且,使用王水等溶液来溶解并去除所露出的金属膜M。
在工序S9中,使用氢氟酸(氟酸)和氟化铵的混合液,对露出的水晶面进行蚀刻,从而形成压电基板10的外形和狭缝20。并且,在从水晶晶片10W的表背两面侧,以分别具有底部的形状(参照图1(d))来形成狭缝20的情况下,能够通过利用由于使与狭缝20相对应的位置处的抗蚀剂膜R的宽度减少而引起的蚀刻速度的变化等,来形成狭缝20。
在工序S10中,剥离残留的抗蚀剂膜R,溶解并除去所露出的金属膜M。在该阶段,水晶晶片10W处于具有振动部12和厚壁部13的压电基板10通过支承细片而相互连接,并以网格状规律地排列的状态。
并且,虽然图示了与X轴正交的剖面的外形,但与Z’轴正交的剖面的外形也通过两面蚀刻而被加工,从而形成如图1(a)~图1(f)所示的形状。
在工序S10结束后,例如利用光学方法而对在水晶晶片10W上以网格状规律地排列的各个压电基板10的振动部12的厚度进行测量。在所测量的各个振动部12的厚度厚于预定的厚度的情况下,分别进行对厚度的微调,以使其进入预定的厚度的范围。
接下来,利用图11所示的压电振动元件的激励电极和引线电极的制造工序图,而对被形成在水晶晶片10W上的各个压电基板10的振动部12的厚度调节为预定的厚度的范围内之后,在各个压电基板10上形成激励电极25a、25b和引线电极27a、27b而制造出压电振动元件的步骤进行说明。
在工序S11中,通过阴极真空喷镀等,而在水晶晶片10W的表面和背面整个面上对铬(Cr)薄膜进行成膜,并在其上层叠金(Au)薄膜,而对金属膜M进行成膜。
然后在工序S12中,在金属膜M上分别涂布抗蚀剂以对抗蚀剂膜R进行成膜。
在工序S13中,使用引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b用的掩模图案Mk,而对表背面上的相当于引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。
在接下来的工序S14中,对抗蚀剂膜R进行显影,并将不需要的抗蚀剂膜R剥离。使用王水等的溶液将通过上述剥离而露出的金属膜M溶解并去除。相当于引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b的位置上的抗蚀剂膜R就此留下。
在接下来的工序S15中,通过阴极真空喷镀等,而在水晶晶片10W的表面和背面整个面上对镍(Ni)进行成膜,并在其上层叠金(Au),而对金属膜M进行成膜。并且,在金属膜M上涂布抗蚀剂膜R。在工序S15的图中,为了避免复杂,而采用符号C来表示引线电极和衬垫电极用的金属膜和抗蚀剂膜(M+R)。然后,使用激励电极25a、25b用的掩模图案Mk,而对相当于激励电极25a、25b的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。
在工序S16中,对感光后的抗蚀剂膜R进行显影,并利用溶液而将不需要的抗蚀剂膜R剥离。
在接下来的工序S17中,将剥离抗蚀剂膜R而露出的金属膜M用王水等溶液溶解并去除。在工序S18中,将符号C(引线电极和衬垫电极用的金属膜M和抗蚀剂膜R)回归表示为金属膜M和抗蚀剂膜R。
在工序S19中,将残留在金属膜M上的不需要的抗蚀剂膜R剥离时,在各个压电基板10上将形成金属膜M(Ni+Au)的激励电极25a、25b,金属膜M(Cr+Au)的引线电极27a、27b以及未图示的衬垫电极29a、29b。
其后,通过折掉连接于水晶晶片10W上的支承细片,从而获得被分割了的压电振动元件。
可是,虽然当对水晶进行湿蚀刻时,沿着Z轴而进行蚀刻,但具有蚀刻的速度对应于各个结晶轴的方向而发生变化的这种水晶特有的蚀刻各向异性。因而,通过该蚀刻的各向异性而呈现出的蚀刻面根据各个结晶轴的方向而显现出差异的现象,已在迄今为止以蚀刻各向异性为研究课题的大量的学术论文和在先专利文献中进行了论述。然而,尽管已具有这种背景,但针对水晶的蚀刻各向异性,现状为,尚无明确制订系统的资料,由于纳米加工技术方面非常发达因此由于蚀刻的各种条件(蚀刻溶液的种类、蚀刻速率、蚀刻温度等)的不同而导致的蚀刻各向异性,或者根据文献,也经常发现在呈现出的结晶面中存在差异的情况。
因此,本申请发明人在使用光刻法和湿蚀刻法来制造本发明所涉及的压电振动元件时,反复进行蚀刻模拟和试制实验,以及纳米级的表面分析和观察,由于明确了压电振动元件成为以下形态,因而以下进行详细说明。
图12(a)~图12(e)、图13(a)~图13(e)为对利用光刻技术和湿蚀刻法而被形成的、AT切割的水晶晶片10W上的凹陷部11的示意形状进行说明的图。
图12(a)为相当于图10中的工序S5的水晶晶片10W的俯视图。在该阶段,凹陷部11以网格状且规律地被形成在水晶晶片10W的一个面上。图12(b)为X轴方向上的剖视图,凹陷部11的各个壁面不是垂直的壁面,而是呈倾斜面。也就是说,-X轴方向上的壁面X1形成倾斜面,+X轴方向上的壁面X2形成倾斜面。当形成与X轴正交的槽时,槽的±X轴方向上的壁面X3呈楔型。
图12(c)~图12(e)为凹陷部11的壁面X1、X2及槽部的壁面X3的放大图。如图12(c)所示,-X轴方向上的壁面以相对于水晶晶片10W的X-Z’平面倾斜大致62°的方式被蚀刻。如图12(d)所示,虽然+X轴方向上的壁面以与水晶晶片10W的X-Z’平面正交(90度)的方式进行少量蚀刻,但之后以缓和的倾斜进行蚀刻。所形成的凹陷部11的底面以与水晶晶片10W的原始的平面(X-Z’面)平行的方式被蚀刻。也就是说,振动部12成为表背面平行的平板状。
图12(e)为形成在水晶晶片10W上的槽部的剖视图。与X轴正交形成的槽部的截面呈楔型。由于槽部的壁面X3由-X轴方向上的壁面X1和+X轴方向上的壁面X2形成,因而形成为楔型。
在将电极设置在形成有凹陷部11的面上的情况下,需要注意被形成在+X轴方向上的壁面X2的垂直的壁面。由于容易引起电极膜的断裂,因而优选避开。
图13(a)~图13(e)为对被形成在水晶晶片10W上的凹陷部11的、特别是Z’轴方向上的截面图的壁面进行说明的图。
图13(a)为水晶晶片10W的俯视图,图13(b)~图13(e)为从+X轴方向观察水晶晶片10W的Z’轴方向上的剖面时的剖视图。
如图13(b)所述,+Z’轴方向上的壁面Z1形成倾斜面,-Z’轴方向上的壁面Z2形成倾斜面。当形成与Z’轴正交的槽部时,槽部的截面的壁面Z3呈楔型。
图13(c)~图13(e)为凹陷部11的壁面Z1、Z2及槽部的壁面Z3的放大图。如图13(c)所示,+Z’轴方向上的壁面相对于水晶晶片10W的平面,以比较缓和的倾斜被蚀刻。
如图13(d)所示,-Z’轴方向上的壁面Z2相对于水晶晶片10W的平面,以陡峭的倾斜面Z2a被蚀刻,之后以缓和的倾斜面Z2b进行蚀刻,然后成为更加缓和的倾斜面Z2c。
图13(e)为与Z’轴方向正交而形成的槽部的剖视图,成为楔型截面的壁面Z3。由于该槽部的壁面Z3由+Z’轴方向上的壁面Z1、-Z’轴方向上的倾斜面Z2a和倾斜面Z2b形成,因而呈大致楔型的截面。
本发明的一个特征为,通过蚀刻而将图13(d)所示的、单点划线Zc的-Z’轴侧的、缓和的倾斜面Z2c和与其连接设置的厚壁部17,以及图12(c)所示的、单点划线Zc的-X轴侧的、壁面X1和与其连接设置的厚壁部16去除,从而实现了压电基板10的小型化。即,振动部12为,通过L字型的厚壁部13来保持两个邻接的边的压电基板10。
而且,以将缓和的倾斜面Z2c、厚壁部17、壁面X1和厚壁部16一起削除为前提而确定制造方法。因此实现了如下情况,即,与作为在先技术而披露的、现有的具备沿着X轴而位于振动区域的两端的厚壁部的结构相比,确保成为振动部12的平坦的超薄部的面积较大。
其结果为,能够在充分考虑到在振动区域内被激励的厚度切变振动模式中,因弹性常数的各向异性,从而振动位移分布成为在X轴方向上具有长径的椭圆形状的情况的条件下,而进行设计,从而虽然长轴与短轴之比优选为1.26:1,但考虑到制造尺寸的偏差等,能够充分实现成为1.14~1.39:1的范围程度的设计。
图14(a)和图14(b)为图1(a)~图1(f)所示的压电振动元件1的更详细的图,图14(a)为立体图,图14(b)为图1(a)中的Q-Q剖面的切口。如图14(a)、图14(b)所示,在压电振动元件1的外形中,在与X轴相交的端面显现出倾斜面。即,在-X轴侧的端面显现出图14(a)的倾斜面A1,在+X侧的端面呈现出图14(b)的倾斜面A2。倾斜面A1和倾斜面A2的与XY’平面平行的截面形状有所不同。
另外,在倾斜面A1、A2上,于端面与压电基板10的表面相交的附近,均未显现出如图12(b)、(d)所示的、被形成在+X轴方向上的壁面X2的垂直的壁面。其理由如下,即,与用于形成凹陷部11所需要的蚀刻时间相比,倾斜面A1和倾斜面A2的形成时间为,从表面和背面开始对压电基板(水晶基板)10进行蚀刻,直至贯穿表面和背面为止的时间,由于蚀刻时间足够长,因此通过过度蚀刻的作用,从而不会呈现出垂直的壁面。
明确了构成倾斜面A1的倾斜面a1、a2具有相对于X轴大致对称的关系,构成倾斜面A2的倾斜面b1、b2、b3、b4中,倾斜面b1和b4、倾斜面b2和b3分别具有相对于X轴大致对称的关系。而且,倾斜面a1、a2相对于X轴的倾斜角度α与倾斜面b1、b4相对于X轴的倾斜角度β满足β<α的关系。
如第一~第三实施方式所示,采用基波的高频压电振动元件1、2、3在小型化、量产化的同时,由于在厚壁部13和振动部12间设置有狭缝20,从而能够抑制由粘合固定引起的应力的扩散,因此具有下述效果,即,可获得具有优异的频率温度特性、CI温度特性、频率老化特性的压电振元件1、2、3。
另外,如图3(a)和图3(b)所示,激励电极25a、25b,引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b分别采用不同种类结构的金属材料,并且由合适的膜厚度构成,因此具有以下效果,即,可获得主振动的CI值较小,接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振动元件。
另外,如图1、图3所示,由于激励电极25a、25b通过镍和金的层叠膜形成,而引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b由铬和金的层叠膜形成,因而具有以下效果,即,可获得主振动的CI值较小,接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比大的、接合足够强的压电振动元件。
由于压电基板10以图2的切割角度图所示的方式而形成,因此具有以下效果,即,能够以更合适的切割角度构成要求规格的压电振动元件,且可获得具有对应于规格的频率温度特性,CI值较小且CI值比较大的高频的压电振动元件。
另外,由于压电基板10采用水晶AT切割水晶基板,从而能够活用涉及光蚀刻技术及蚀刻方法的实际成果、经验,因此具有如下效果,即,不仅能够实现压电基板的量产,还可获得高精度的压电基板,并能够实现CI值小且CI值比较大的压电振动元件的量产。
图15(a)和图15(b)为表示本发明实施方式所涉及的压电振子5的结构的图,图15(a)为省略了盖部件的俯视图,图15(b)为纵剖视图。
如图15所示,压电振子5例如具备压电振动元件1、和收纳压电振动元件1的封装件。封装件通过被形成为矩形箱状的封装件主体40、盖部件49而构成,所述盖部件49由金属、陶瓷、玻璃等形成。并且,在以下说明中,为了方便,而在图15(b)中将盖部件49相对于封装件主体40的设置方向记载为上方(上表面侧)。
封装件主体40通过对第一基板41、第二基板42、第三基板43进行层叠而形成,且通过对作为绝缘材料的氧化铝质的陶瓷生片进行成形而制成箱状之后,进行烧结而形成。安装端子45在第一基板41的外部底面上形成有多个。第三基板43为中央部被去除了的环状体,在第三基板43的上部边缘上,形成有例如科瓦铁镍钴合金等的金属密封环44。
利用第三基板43和第二基板42,而形成收纳压电振动元件1的凹部(腔室)。在第二基板42的上表面的预定的位置处,设置有通过导体46而与安装端子45电导通的元件搭载衬垫47。元件搭载衬垫47的位置被配置为,在载置了压电振动元件1时与第一厚壁部主体14a上所形成的衬垫电极29a相对应。
在固定压电振动元件1时,首先将导电性粘合剂30涂布在压电振动元件1的衬垫电极29a上,并将压电振动元件1上下翻转(翻过来)而载置于封装件主体40的搭载衬垫47上并施加载荷。作为导电性粘合剂30的特性,因导电性粘合剂30而产生的应力(∝变形)的大小按照硅酮类粘合剂、环氧类粘合剂、聚酰亚胺类粘合剂的顺序而增大。此外,脱气按照聚酰亚胺类粘合剂、环氧类粘合剂、硅酮类粘合剂的顺序而增大。作为导电性粘合剂30,考虑到随时间变化,而采用脱气较少的聚酰亚胺类粘合剂。
为了使被搭载在封装件主体40上的压电振动元件1的导电性粘合剂30固化,而需要将其放置在预定温度的高温炉内预定时间。使导电性粘合剂30固化后,用接合线BW来对通过翻转而成为表面侧的衬垫电极29b、和封装件主体40的电极端子48进行导通连接。如图15(b)所示,由于将压电振动元件1支承固定于封装件40上的部位为一个位置(一点),即,仅为衬垫电极29a和元件搭载衬垫47的固定部分,因此能够减小因支承固定而产生的应力的大小。
实施了退火处理后,通过向激励电极25a、25b附加重量或者减轻重量,从而实施频率调节。将盖部件49放置在被形成于封装件主体40的上表面上的密封环44上,并在真空中、或在氮气N2气体的环境中,对盖部件49进行缝焊而实施密封,从而制成压电振子5。或者,也可以采用如下方法,即,将盖部件49载置于被涂布在封装件主体40的上表面上的低熔点玻璃上,并进行熔融而实现紧贴的方法。这种情况下也将封装件的腔室内形成为真空,或填充氮气N2等的惰性气体,从而制成压电振子5。并且,本说明书中记载的真空是指,低压环境、或者低真空的状态。
如图1(a)~图1(f)、图6(a)~图6(c)、图7(a)~图7(c)所示的各个压电振动元件1、2、3中,在压电基板10的表背面上分别形成有对置配置的衬垫电极29a、29b。如图15(a)和图15(b)所示,将压电振动元件1收纳于封装件主体40内时,将压电振动元件1翻转,并用导电性粘合剂30而对衬垫电极29a和封装件主体40的元件搭载衬垫47进行固定并连接。用接合线BW对通过翻转而成为表面侧的衬垫电极29b和封装件主体40的电极端子48进行连接。当以此种方式支承压电振动元件1的部位为一点时,因导电性粘合剂30而产生的应力将减小。另外,当收纳于封装件主体40内时,若将压电振动元件1上下翻转,而使更大的激励电极25b位于上表面时,对压电振动元件1的频率微调将变得较为容易。
另外,也可以使用将衬垫电极29a、29b隔开间隔而形成的压电振动元件来构成压电振子5。这种情况下也可以与图15(a)和图15(b)中说明的压电振子5相同地构成压电振子。
另外,也可以采用如图9所示这样,在同一面上以隔开间距的方式而形成衬垫电极29a、29b的压电振动元件1”来构成压电振子5。这种情况下,压电振动元件1”为如下构造,即,在衬垫电极29a、29b上分别涂布导电性粘合剂30,将压电振动元件1翻转并载置于封装件主体40的搭载衬垫47上,并施加载荷,从而实现支承固定。虽然为适合于扁平化的构造,但是由于被支承部为衬垫电极29a、29b这两个点,因此存在由导电性粘合剂30引起的应力稍微变大的可能。
虽然在以上的压电振子5的实施方式中,对封装件主体40采用层叠板的示例进行说明,然而也可以通过如下方式来构成压电振子,即,封装件主体40采用单层陶瓷板,盖体采用实施了拉深加工的罩。
由于采用图1(a)~图1(f)、图6(a)~图6(c)、图7(a)~图7(c)的实施方式所示的压电振动元件1、2、3来构成图15(a)和图15(b)所示的压电振子,因此高频的压电振动元件1、2、3被小型化,并且支承压电振动元件1、2、3的部位为一个点,且在厚壁部13和振动部12之间设置有狭缝20,从而能够减小由导电性粘合剂30引起的应力,因此具有下述效果,即,可获得具有优异的频率再现性、频率温度特性、CI温度特性及频率老化特性的压电振子。
另外,如图3(a)和图3(b)的实施方式所示,由于采用被构成为,使激励电极25a、25b的电极材料与引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b的电极材料不同,并且上述电极的膜厚度也最合适于各自的功能的压电振动元件1、2、3,因而具有以下效果,即,可获得主振动的CI值较小,接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振动元件1、2、3。
图16为表示本发明所涉及的电子装置的实施方式的纵剖视图。电子装置6大致具有:压电振动元件1(也可以为压电振动元件2、3);热敏电阻Th,其为电子部件的一种且作为温度传感器的感温元件;封装件,其用于收纳压电振动元件1和热敏电阻Th。在以下说明中,也将盖部件49相对于封装件主体40的设置方向记载为上方(上表面侧),并将上方的相反方向记载为下方(下表面侧)。
封装件具有封装件主体40a和盖部件49。封装件40a中,上表面侧形成有收纳压电振动元件1的腔室31,外部下表面侧形成有收纳热敏电阻Th的凹部32。腔室31的内底面的端部设置有元件搭载用衬垫47,元件搭载用衬垫47通过导体46而与安装端子45导通连接。在压电振动元件1的衬垫电极29a上涂布导电性粘合剂30,将其翻转,并载置于元件搭载用衬垫47上。用接合线BW对通过上下翻转而成为上表面侧的衬垫电极29b与电极端子48进行连接。
在封装件主体40a的上部,烧成有科瓦铁镍钴合金等的密封环44,将盖部件49载置于该密封环44上,用电阻焊接器等进行焊接,从而将腔室31气密密封。腔室31内既可以形成为真空,也可以充入惰性气体。使用焊锡球等而将热敏电阻Th的端子与在背面的凹部32相连接,从而构成电子装置6。
虽然在以上的实施方式中,对在封装件主体40a的外部下表面侧形成凹部32,以搭载电子部件的示例进行了说明,但是也可以在封装件主体40a的内部底面形成凹部32,以搭载电子部件。
另外,虽然对将压电振动元件1和热敏电阻Th收纳于封装件主体40a内的示例进行了说明,但优选为,对作为收纳于封装件主体40a内的电子部件的、热敏电阻、电容器、电抗元件、半导体元件中的至少一个进行收纳,而构成电子装置。
如图16所示的实施方式,当构成将压电振动元件1和热敏电阻Th收纳于封装件主体40a内的电子装置6时,由于感温元件的热敏电阻Th被配置为极为靠近压电振动元件1,因此具有如下效果,即,能够较快地对压电振动元件1的温度变化进行检测。
另外,由于由本发明的压电振动元件和上述的电子部件构成电子装置,从而能够构成高频、且小型的电子装置,因此具有如下效果,即,能够用于多方面的用途。
另外,当电子部件采用可变电容元件、热敏电阻、电感器、电容器中任一个来构成电子装置(压电装置),具有如下效果,即,能够以小型且低成本来实现适合于要求规格的电子装置。
图17(a)和图17(b)为表示作为本发明的实施方式所涉及的电子装置的一种的、压电振荡器7的结构的图,图17(a)为省略了盖部件的俯视图,图17(b)为纵剖面图。压电振荡器7具备:封装件主体40b;盖部件49;压电振动元件1;搭载了对压电振动元件1进行激励的振荡电路的IC部件51;电容根据电压而发生变化的可变电容元件、电阻根据温度而发生变化的热敏电阻、电感器等的电子部件52。
将导电性粘合剂(聚酰亚胺类)30涂布在压电振动元件1的衬垫电极29a上,并将其翻转后载置于封装件主体40b的元件搭载衬垫47a上,而实现衬垫电极29a与元件搭载衬垫47a的导通。通过上下翻转而成为上表面侧的衬垫电极29b通过接合线BW而与封装件主体40b的另外的电极端子48连接。
将IC部件51固定在封装件主体40b上的预定的位置处,并通过接合线BW而对IC部件51的端子和封装件主体40b的电极端子进行连接并导通。另外,电子部件52载置于封装件主体40b的预定的位置处,并使用金属凸点等而进行连接。
将封装件主体40b抽真空,或用氮气等的惰性气体填满封装件主体40b,并用盖部件49来密封封装件主体40b,从而制成压电振荡器(电子装置)7。
通过接合线BW而对衬垫电极29b和封装件主体40b的电极端子48进行连接的方法,使得支承压电振动元件1的部位成为一个点,从而减小了因导电性粘合剂30而产生的应力。另外,当收纳于封装件主体40b内时,由于将压电振动元件1上下翻转,而使更大的激励电极25b位于上面,因而压电振荡器(电子装置)7的频率微调变得较为容易。
虽然图17(a)和图17(b)的实施方式所示的压电振荡器(电子装置)7将压电振动元件1、IC部件51和电子部件52配置在同一封装件主体40b上,但图18所示的作为压电振荡器7的改变例的压电振荡器7’使用H型的封装件主体60,在形成于上部的腔室31内收纳压电振动元件1,并将腔室内部抽真空,或用氮气N2气体填满,再用盖部件61来密封。在下部,经由金属凸点(Au凸点)68,而将IC部件51和电子部件52与封装件主体60的端子67导通并连接,其中,所述IC部件51搭载有对压电振动元件1进行激励的振荡电路、放大电路等,电子部件52为可变电容元件,根据需要,也可以为电感器、热敏电阻、电容器等。
由于作为本发明的实施方式所涉及的电子装置的、改变例的压电振荡器7’将压电振动元件1与IC部件51及电子部件52分开,并且将压电振动元件1单独地气密密封,因此压电振荡器7’的频率老化特性较为优异。
通过如图17(a)和图17(b)、图18所示这样构成电子装置(例如电压控制型压电振荡器),从而具有下述效果,即,可获得具有优异的频率再现性、频率温度特性、老化特性,小型且高频(例如490MHz频带)的电压控制型压电振荡器。此外,由于压电装置使用基波的压电振动元件1,因此电容比较小,频率可变幅度较大。而且,具有如下效果,即,可获得S/N比良好的电压控制型压电振荡器。
此外,具有下述效果,即,作为压电装置,能够构成压电振荡器、温度补偿型压电振荡器等,并且能够构成频率再现性、频率老化特性、频率温度特性优异的压电振荡器。
电子设备
接下来,基于图19~图23应用了压电振子5的电子设备进行详细说明,所述压电振子5使用了本发明的一个实施方式所涉及的压电振动元件1。
图19为表示本发明所涉及的电子设备的结构的示意结构图。电子设备8具备上述的压电振子5。作为使用了压电振子5的电子设备8,可列举出传输设备等。在这些电子设备8中,压电振子5被用作基准信号源、或电压控制型压电振荡器(VCXO)等,从而能够提供小型且特性良好的电子设备。
如图19的模式图所示,由于电子设备8使用本实施方式的压电振子5,从而具有如下效果,即,能够构成具备高频且频率稳定度优异、S/N比良好的基准频率源的电子设备。
图20为表示作为具有本发明的一个实施方式所涉及的压电振子5的电子设备的、便携型(或者笔记本型)的个人计算机的结构的概要的立体图。在该图中,个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104,和具有显示部100的显示单元1106构成,并且显示单元1106通过铰链结构部而以能够相对于主体部1104进行转动的方式被支承。在这样的个人计算机1100中,内置有压电振子5。
图21为表示作为具有本发明的一个实施方式所涉及的压电振子5的电子设备的、移动电话(也包含PHS:Personal Handy-phone System,个人手持式电话系统)的结构的概要的立体图。在该图中,移动电话1200具有多个操作按扭1202、听筒1204和话筒1206,并且在操作按扭1202和听筒1204之间配置有显示部100。在这样的移动电话1200中,内置有压电振子5。
图22为表示作为具有本发明的一个实施方式所涉及的压电振子5的数码相机的结构的概要的立体图。并且,在该图中,对于与外部设备之间的连接简单地进行了图示。此处,通常的相机通过被摄物体的光像而使氯化银照片胶卷感光,与此相对,数码相机1300通过CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合装置)等的摄像元件而对被摄物体的光像进行光电转换,从而生成摄像信号(图像信号)。
在数码相机1300的壳体(主体)1302的背面设置有显示部100,并且成为根据CCD的摄像信号而进行显示的结构,显示部100作为将被摄物体显示为电子图象的取景器而发挥功能。另外,壳体1302的正面侧(图中背面侧),设置有包括光学透镜(摄像光学系统)和CCD等在内的受光单元1304。
当摄影者对被显示在显示部100上的被摄物体图像进行确认,并按下快门按钮1306时,该时间点的CCD的摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。另外,在该数码相机1300中,壳体1302的侧面上设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。并且,如图所示,根据需要,而在视频信号输出端子1312上连接有电视监视器1430,在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。并且,成为如下的结构,即,通过预定的操作,从而使存储于存储器1308内的摄像信号向电视监视器1430或个人计算机1440输出。在这样的数码相机1300中,内置有压电振子5。
并且,本发明的一个实施方式涉及的压电振子5除了能够应用于图20的个人计算机(便携型计算机)、图21的移动电话、图22的数码相机之外,还能够应用于如下的电子设备中,例如,喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机),膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、各种车辆导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括带有通信功能的产品)、电子词典、台式电子计算机、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale)终端、医疗设备(例如,电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量设备类(例如,车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器等。
移动体
图23为示意性地表示作为移动体的一个示例的汽车的结构的立体图。汽车106中搭载有本发明所涉及的压电振子5。例如,如该图所示,作为移动体的汽车106中,于车身107上搭载有电子控制单元108,所述电子控制单元108内置有压电振子5并对轮胎109等进行控制。另外,压电振子5还能够广泛应用于无钥匙进入系统、发动机防盗锁止装置、车辆导航系统、车辆空调器、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS:Tire PressureMonitoring System)、发动机控制器、混合动力汽车或电动汽车的电池监控器、车身姿态控制系统等的电子控制单元(ECU:electronic control unit)中。
改变例1
作为更进一步减小、抑制由于压电振动元件的安装而引起的应力的方法,可以采用以下所示的各种结构。
图24(a)的改变例中的压电基板10为如下的压电基板10,即,具有:薄壁的振动部12,其具有振动区域;厚壁部13,其设置于振动部12的边缘,且厚度厚于振动部12。厚壁部13包括第一厚壁部主体14a和第二厚壁部主体15a,第一厚壁部主体14a和第二厚壁部主体15a的振动部12侧的内壁上设有第一倾斜部14b和第二倾斜部15b。第一厚壁部主体14a以如下方式延伸设置,即,第一倾斜部14b和安装部F隔着被设置于缘边的方向上的缓冲部S而并排。缓冲部S在安装部F和第一倾斜部14b之间具有狭缝20。安装部F在与缓冲部S和厚壁部13的并排方向正交的方向上的两个端部处具有倒角部21。
图24(b)的压电基板10为如下的压电基板10,即,具有:薄壁的振动部12,其具有振动区域;厚壁部13,其设置于振动部12的边缘,且厚度厚于振动部12。厚壁部13包括第一厚壁部主体14a和第二厚壁部主体15a,第一和第二厚壁部主体14a、15a的振动部12侧的内壁上设有第一和第二倾斜部14b、15b。第一厚壁部主体14a以如下方式延伸设置,即,第一倾斜部14b和安装部F隔着被设置于缘边的方向上的缓冲部S而并排。缓冲部S在安装部F和第一倾斜部14b之间具有狭缝20。
安装部F在与缓冲部S和厚壁部13的并排方向正交的方向上(以下称为正交方向)的两个端部处具有切口部22。狭缝20的长度方向(延伸方向)与所述正交方向平行。另外,安装部F的所述正交方向上的宽度被形成为,窄于狭缝的长度方向上的宽度。狭缝的长度方向上的两个端部被设置在,与安装部F的两个端部相比更靠缓冲部S的所述正交方向上的外周的位置处。
图24(c)的压电基板10为如下的压电基板10,即,具有:薄壁的振动部12,其具有振动区域;厚壁部13,其设置于振动部12的边缘,且厚度厚于振动部12。厚壁部13包括第一厚壁部主体14a和第二厚壁部主体15a,第一和第二厚壁部主体14a、15a的振动部12侧的内壁上设有第一和第二倾斜部14b、15b。第一厚壁部14a上,依次连结有缓冲部S和安装部F。另外,第一厚壁部主体14a上,于与缓冲部S和厚壁部13的并排方向正交的方向(以下称为正交方向)上的两端部处,设置有比将第二厚壁部主体15a和振动部12合起来的宽度还要突出的肩部。缓冲部S在安装部F和第一倾斜部14b之间具有狭缝20。安装部F在所述正交方向上的包括肩部的两个端部处具有切口部22。
图25(a)~图25(c)相对于图24(a)~图24(c)的结构的特征在于,采用两个点支承,即,采用以横向并排的方式而设置的安装部F1和安装部F2的方式。
并且,在图24(a)~图24(c),图25(a)~图25(c)中,于厚壁部13的第一和第二厚壁部主体14a、15a的内壁上图示了第一和第二倾斜部14b、15b,而在厚壁部13的外侧的侧壁面上未图示如图14(a)和图14(b)所示的倾斜面,但这些倾斜部、倾斜面以如图14(a)和图14(b)所示的方式被形成在对应的部分上。
并且,图24(a)~图24(c)、图25(a)~图25(c)中的各个符号与上述的实施方式中的相同的符号所表示的部位相对应。
改变例2
并且,图26(a)为压电振动元件1A的俯视图,图26(b)图示了压电振动元件1A的衬垫电极29a(安装部F)的放大俯视图,图26(c)图示了衬垫电极29a(安装部F)的剖视图。在该衬垫电极29a(安装部F)中,为了提高粘合强度,而将表面形成为凹凸状从而扩大粘合面积。
符号说明
1、2、3…压电振动元件
5…压电振子
6、7…电子装置
8…电子设备
10…压电基板
10W…水晶晶片
11…凹陷部
12…振动部
12a、12b…振动部的边
13…厚壁部
14…第一厚壁部
14a…第一厚壁部主体
14b…第一倾斜部
14bb…极细的倾斜部
15…第二厚壁部
15a…第二厚壁部主体
15b…第二倾斜部
20…狭缝
20a、20e…第一狭缝
20b、20f…第二狭缝
21…倒角部
22…切口部
25a、25b…激励电极
27a、27b…引线电极
29a、29b…衬垫电极
30…导电性粘合剂
31…腔室
32…凹部
40a、40b、40c…封装件主体
41…第一基板
42…第二基板
43…第三基板
44…密封环
45…安装端子
46…导体
47…元件搭载衬垫
48…电极端子
49…盖部件
51…IC部件
52…电子部件
55…电极端子
60…封装件主体
61…盖部件
67…端子
68…金属凸点(Au凸点)
106…作为移动体的汽车
1100…作为电子设备的便携型的个人计算机
1200…作为电子设备的移动电话
1300…作为电子设备的数码相机
Th…热敏电阻
F、F1、F2…固定部
S…缓冲部。

Claims (15)

1.一种振动元件,其特征在于,包括:
基板,其包括具有振动区域的振动部、以及与该振动部一体化且厚度厚于所述振动部的厚壁部;
激励电极,其设置于所述振动区域内;
所述厚壁部包括:
第一厚壁部,其沿着所述振动部的一条边而设置;
第二厚壁部,其沿着与所述一条边连接的另一条边而设置;
所述第一厚壁部和所述第二厚壁部各自的一端连接设置,
所述第一厚壁部的一个主面从所述振动部的一个主面突出设置,
所述第一厚壁部的另一个主面和所述振动部的另一个主面为同一个面,
所述第二厚壁部的一个主面从所述振动部的一个主面突出设置,
所述第二厚壁部的另一个主面和所述振动部的另一个主面为同一个面,
所述第一厚壁部包括:
第一倾斜部,其厚度随着从与所述振动部的第一外边缘连接设置的一侧端缘朝向另一侧端缘离开而增加;
第一厚壁部主体,其与该第一倾斜部的所述另一侧端缘连接设置,
在所述第一厚壁部上设置有至少一个狭缝。
2.如权利要求1所述的振动元件,其特征在于,
所述压电基板为如下的水晶基板,即,
将由构成水晶的结晶轴的、作为电轴的X轴、作为机械轴的Y轴、和作为光学轴的Z轴形成的直角坐标系中的所述X轴作为中心,
而将使所述Z轴向所述Y轴的-Y轴方向倾斜而成的轴设定为Z’轴,
并将使所述Y轴向所述Z轴的+Z轴方向倾斜而成的轴设定为Y’轴,
所述水晶基板将包含所述X轴和所述Z’轴的平面设定为主面,
且以沿着所述Y’轴的方向为厚度方向。
3.如权利要求2所述的振动元件,其特征在于,
所述第一厚壁部的所述一个主面以及所述第二厚壁部的所述一个主面,从所述振动部的所述一个主面向所述Y’轴的+Y’轴方向突出设置。
4.如权利要求2所述的振动元件,其特征在于,
所述第二厚壁部被设置于所述Z’轴的+Z’轴方向上。
5.如权利要求2所述的振动元件,其特征在于,
所述第一厚壁部被设置于所述X轴的+X轴方向上。
6.如权利要求1所述的振动元件,其特征在于,
所述狭缝沿着所述第一倾斜部与所述第一厚壁部主体的边界部,而被设置于所述第一厚壁部主体内。
7.如权利要求1所述的振动元件,其特征在于,
所述狭缝从所述振动部的一条边离开而被设置在所述第一倾斜部内。
8.如权利要求1所述的振动元件,其特征在于,
所述狭缝包括:
第一狭缝,其被设置于所述第一厚壁部主体内;
第二狭缝,其从所述振动部的一条边离开而被设置在所述第一倾斜部内。
9.如权利要求8所述的振动元件,其特征在于,
所述第一狭缝沿着所述第一倾斜部与所述第一厚壁部主体的边界部,而被设置于所述第一厚壁部主体内。
10.一种振子,其特征在于,具备:
权利要求1所述的振动元件;
封装件,其对该振动元件进行收纳。
11.一种电子装置,其特征在于,具备:
权利要求1所述的振动元件;
电子部件;
封装件,其对所述振动元件和所述电子部件进行收纳。
12.如权利要求11所述的电子装置,其特征在于,
所述电子部件为,可变电容元件、热敏电阻、电感器、电容器中的任一种。
13.一种电子装置,其特征在于,具备:
权利要求1所述的振动元件;
对所述振动元件进行驱动的振荡电路;
封装件,其对所述振动元件和所述振荡电路进行收纳。
14.一种电子设备,其特征在于,具有:
权利要求10所述的振子。
15.一种移动体,其特征在于,具有:
权利要求10所述的振子。
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