CN104247260B - 压电器件 - Google Patents
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Abstract
本压电器件具备:矩形的石英片,在表背主表面上具有激励电极;和基底部件,在石英片的一侧的短边侧具有两个电极焊盘。石英片被一侧的短边侧的第一、第二支撑部和另一侧的短边侧的辅助支撑部支撑在基底部件上。关于辅助支撑部距另一侧的短边的位置,设两短边之间距离为L,从所述另一侧的短边至辅助支撑部的最近圆周边缘的距离为H。设所述距离H为作用于辅助支撑部的最大拉伸应力以及石英片的最大中心冯米斯应力落入规定应力范围的距离。在该距离H的范围中,将所述两应力为最大的距离H设为H2,将辅助支撑部的位置设定在(H2+D)/L的值以百分比计满足20%以内的位置上,从而提高耐冲击性。
Description
技术领域
本发明涉及一种石英振子等压电振子及压电振荡器等压电器件。
背景技术
在移动电话或汽车电话等通信设备、电脑以及IC卡等信息设备等的电子设备中,广泛适用作为频率和时间的基准的石英振子等压电振子或压电振荡器。
近年来,在监测轮胎的空气压力的系统(TPMS:Tyre Pressure MonitoringSystems)的传感器模块上装载有石英振子。该传感器模块中具有监测空气压力的轮胎传感器及采用石英振子的振荡单元,并且设置在汽车的轮胎上,利用无线将轮胎传感器的监测输出发送到驾驶座等中。
此时,传感器模块设置在轮胎的例如内周面或轮圈上,汽车行驶时与轮胎一起高速旋转。而且,采用石英振子的振荡单元承受由旋转引起的离心加速度的同时,承受来自路面的振动,因此,在这样的用途中,具有例如在所谓2000G的离心加速度下的规格要求,并且要求较高的耐冲击性。
例如,如专利文献1所示,在现有石英振子中,为了提高耐冲击性,在收纳石英片的封装件的底部上形成突部,并且通过将石英片固定在所述突部上来进行承载。
专利文献1:实开平7-25620号公报
然而,在上述现有例子的压电振子中,若较高的离心加速度起作用,则具有耐冲击性劣化,压电振荡片与封装件的电极的连接部分脱落而无法振荡等,无法发挥作为压电振子的功能的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的,目的在于提供一种耐冲击性优异的压电器件。
本申请发明者们为了达到上述目的,重复专心研究的结果,着眼于与将俯视外形为矩形的压电振荡片的一侧的相对边侧的一对电极与基底部件的两个电极焊盘电接合以将该压电振荡片支撑在基底部件上的第一、第二支撑部不同的、将压电振荡片的另一侧的相对边侧的至少一处接合道基底部件上以将压电振荡片支撑在基底部件上的辅助支撑部,并且发现通过将该辅助支撑部配置在特定的区域内,即使在如较高的离心加速度加大的情况下,也能够降低施加到各支撑部及压电振荡片的应力以提高耐冲击性,从而完成了本发明。
即,本发明的压电器件具备:
压电振荡片,俯视外形为矩形且在表背主表面上具备激励电极,并且具有使所述两激励电极分别向构成所述矩形的两组相对边中的第一组相对边的一侧的相对边侧引出的一对电极;
基底部件,在上表面具有与所述一对电极分别连接的两个电极焊盘;
第一、第二支撑部,由将所述一对电极分别电接合到所述两个电极焊盘上的导电接合材料构成,支撑所述压电振荡片的背面的所述第一组相对边的一侧的相对边侧,
所述压电器件的特征在于,设置辅助支撑部,该辅助支撑部由在规定的接合区域将所述压电振荡片的背面侧的所述第一组相对边的另一侧的相对边侧的至少一处接合到所述基底部件的上表面的接合材料构成,并且支撑所述压电振荡片的背面的所述第一组相对边的另一侧的相对边侧,
将所述第一组的所述两相对边之间的距离设为L,从所述第一组的另一侧的相对边至位于最远的位置的该辅助支撑部的距所述第一组的另一侧的相对边最近的圆周边缘的距离设为H2,所述辅助支撑部的距所述第一组的另一侧的相对边最近的圆周边缘与最远的圆周边缘之间的所述距离L方向的距离设为D,将所述辅助支撑部距所述第一组的另一侧的相对边的位置设定在(H2+D)/L的值以百分比计满足20%以内的位置上。
此外,还包括辅助支撑部为多个的情况以及使辅助支撑部的任一侧或两侧为距离所述第一组的另一侧的相对边最远的位置的情况。
在优选的实施方式中,所述(H2+D)/L的值以百分比计为19%以内。
在另一优选的实施方式中,所述(H2+D)/L的值以百分比计为2%~20%。
在又一优选地实施方式中,在构成所述矩形的两组的第一、第二组相对边中,第一组相对边为短边,第二组相对边为长边,所述辅助支撑部位于连结所述两短边的中央的中心线上。
在又一优选地实施方式中,所述支撑部在所述第一组相对边的另一侧的相对边侧的至少两处由接合材料接合到所述基底部件的上表面作为第一、第二辅助支撑部。
在又一优选地实施方式中,相对于连接所述两短边的中央且与该短边平行地延伸的中心线,所述第一、第二辅助支撑部位于线对称的位置。
在又一优选地实施方式中,所述压电振荡片具有使所述两激励电极分别向所述两组相对边中的第一组相对边的另一侧的相对边侧引出的一对辅助电极,所述基底部件在上表面上具有与所述一对辅助电极分别连接的两个辅助电极焊盘,所述第一、第二辅助支撑部将所述一对辅助电极分别电接合到所述两个辅助电极焊盘上。
在又一优选地实施方式中,所述基底部件具备通过底部和所述底部周围的周部而具有收纳所述压电振荡片的凹部的结构,所述底部在其内底面具备台阶部,在所述台阶部上装载有所述电极焊盘、所述支撑部及所述辅助支撑部。
在又一优选地实施方式中,所述接合材料为糊状的粘接剂,所述支撑部的所述导电接合材料为糊状的导电性粘接剂。
在又一优选地实施方式中,所述辅助支撑部的所述粘接剂及所述支撑部的所述导电性粘接剂的俯视外形为圆形或椭圆形。
在又一优选地实施方式中,所述辅助支撑部的所述粘接剂的厚度为10μm~30μm。
在又一优选地实施方式中,将激励驱动所述压电振荡片的集成电路接合到所述基底部件上,并且与所述压电振荡片电连接。
在又一优选地实施方式中,所述压电振荡片为石英片。
根据本发明,即使在如较高的离心加速度加大的情况下,也能够降低施加到各支撑部及压电振荡片的应力,从而能够提高耐冲击性。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的石英振子的剖视图。
图2是卸下图1的石英振子的盖体的状态的俯视图。
图3是辅助支撑部为一个时的应力仿真的第一评价模型的立体图。
图4是表示评价模型的石英片及各支撑部的俯视图。
图5是用于说明装载到轮胎的状态的图。
图6是表示在第一尺寸的评价模型下的仿真结果的图。
图7是表示在第二尺寸的评价模型下的仿真结果的图。
图8A的(1)至(6)是表示第一尺寸的评价模型的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图8B的(7)至(12)是表示第一尺寸的评价模型的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图9是辅助支撑部为两个的石英振子的应力仿真的其他评价模型的立体图。
图10是表示另一评价模型的石英片及各支撑部的俯视图。
图11是表示第一尺寸的另一评价模型的仿真结果的图。
图12是表示第二尺寸的另一评价模型的仿真结果的图。
图13A的(1)至(6)是表示在另一评价模型下的第一尺寸时的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图13B的(7)至(13)是表示在另一评价模型下的第一尺寸时的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图14A的(1)至(6)是表示在另一评价模型下的第二尺寸时的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图14B的(7)至(13)是表示在另一评价模型下的第二尺寸时的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图15是表示图1的基底部件的变形例的俯视图。
图16是辅助支撑部为两个且与石英片的激励电极导通的石英振子的剖视图。
图17是卸下图16的石英振子的盖体的状态的俯视图。
图18是在辅助支撑部为两个的情况下将这些辅助支撑部的位置设定在石英片的短边方向的供说明的石英振子的俯视图。
图19是应力仿真的评价模型的立体图。
图20是表示评价模型的石英片及各支撑部的俯视图。
图21是用于说明装载到轮胎的状态的图。
图22是表示第一尺寸的评价模型的仿真结果的图。
图23是表示第二尺寸的评价模型的仿真结果的图。
图24A是表示第二尺寸的评价模型的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
图24B是表示第二尺寸的评价模型的支撑部的位置和石英片的冯米斯应力分布的图。
具体实施方式
下面,基于附图详细说明本发明的实施方式。
在该实施方式中,作为压电器件,举例说明作为压电振子的石英振子。
图1是本发明的一实施例所涉及的石英振子的剖视图,图2是在图1的石英振子中,卸下封装件的盖体的状态的俯视图。
该实施方式的石英振子1具备:作为压电振荡片的石英片2;基底部件3,具有收纳石英片2的凹部6;盖体4,对基底部件3的开口部进行气密封装,由基底部件3和盖体4构成封装件。基底部件3通过俯视矩形形状的底部3a和在该底部3a的周围形成为框状的周部3b而形成所述凹部6。
通过密封玻璃等接合材料5来接合由陶瓷构成的基底部件3的框状周部3b的上表面和金属制的盖体4的外周部,并且在通过盖体4与基底部件3的接合而形成的收纳空间中收纳石英片2。
基底部件3的俯视外形为大致矩形。在靠近该基底部件3的凹部6的一侧的短边的两角部处的基底部件3的内部底面3a1上,形成有由金属构成的一对电极焊盘7、8。在基底部件3的外部底面3a1上,形成有通过焊接而与外部设备等接合的外部端子(未图示)。电极焊盘7、8与外部端子通过未图示的内部配线导体被电连接。
石英片2是俯视外形为矩形的AT切割石英片,该矩形石英片2具有两组相对边2a、2b和2c、2d,第一组相对边2a、2b为平行的一对短边,第二组相对边2c、2d为平行的一对长边。
在石英片2的表里两主表面上,在表里方向相同的对应位置分别形成有使石英片2激励的一对激励电极9、10,引出电极11、12从各激励电极9、10分别伸出形成直至一侧的短边2a的两端部。利用作为导电接合材料的导电性粘接剂13、13分别接合石英片2的一对引出电极11、12与基底部件3的各电极焊盘7、8,在该实施方式中,导电性粘接剂13、13的俯视外形呈圆形。由此,石英片2的短边2a侧被导电性粘接剂13、13接合并支撑在电极焊盘7、8上。能够使用例如含有金或银等导电性填料的硅酮类、聚氨酯类或改性环氧类等糊状的粘接剂作为导电性粘接剂13、13。
在基底部件3的靠近短边2b的中央位置处的内部底面3a1上,突出设置有台座14。作为接合材料的粘接剂16俯视外形为圆形地接合在台座14上。由此,石英片2的另一侧的短边2b侧的背面通过粘接剂16而在规定的接合区域处接合并支撑在台座14上。粘接剂16可以是导电性粘接剂,也可以是非导电性粘接剂。台座14的高度与各电极焊盘7、8的上端的高度相等,并且在该石英片2与基底部件3的凹部6的上表面之间保持间隔的同时,水平支撑石英片2。此外,还可以省略台座14,并且省略各电极焊盘7、8的台座部分。
如此,石英片2的短边2a侧的背面被由导电性粘接剂13构成的第一、第二支撑部M1、M2接合支撑在基底部件3的电极焊盘7、8上,短边2b侧的背面被由粘接剂16构成的辅助支撑部S接合支撑在台座14上。即,石英片2在一侧的短边2a侧的两个支撑部M1、M2和另一侧的短边2b侧的一个辅助支撑部S这三点支撑在基底部件3上。导电性粘接剂13及粘接剂16的厚度例如为10μm~30μm。该厚度为涂布糊状的粘接剂13、16后,使其干燥硬化后的粘接剂13、16的厚度。
如此,在石英片2被两个第一、第二支撑部M1、M2和一个辅助支撑部S这三点支撑在基底部件3的凹部6上的实施方式的石英振子1中,为了提高耐冲击性,对辅助支撑部S的位置进行说明。
在连结两短边2a、2b的中点的假想的中心线CL上,对于石英片2的背面,辅助支撑部S具有规定的圆形接合区域。在辅助支撑部S的圆形接合区域的圆周边缘,Sa为相对于辅助支撑部S的短边2b最近的圆周边缘,Sb为相对于辅助支撑部S的短边2b最远的圆周边缘。
而且,在实施方式中,其特征在于,将所述两短边2a、2b之间的距离设为L,将从短边2b至位于最远的位置的辅助支撑部S(图4的(b)的位于虚线圆S″的辅助支撑部S)的最近的圆周边缘Sa的距离设为H2,将辅助支撑部S的直径设为2×r(但是,r为辅助支撑部S的半径),将辅助支撑部S距短边2b的位置设定在(H2+2×r)/L的值以百分比计满足20%以内的位置。优选地,该位置的(H2+2×r)/L的值以百分比计为19%以内。更优选地,所述位置的(H2+2×r)/L的值以百分比计为2%~20%以内。
其次,在实施方式中,为了评价石英片2被第一、第二支撑部M1、M2及辅助支撑部S这三点支撑在基底部件3上的石英振子的耐离心加速度,进行了采用假设施加2000G的离心加速度的有限元法的应力仿真。
此外,在该应力仿真中,将该辅助支撑部S的俯视外形假设成半径为r的圆形而进行,但有时辅助支撑部S不一定为圆形。例如,在辅助支撑部S为椭圆或其他非圆形的情况下,将辅助支撑部S的所述距离L方向的尺寸(辅助支撑部S的最近的圆周边缘与最远的圆周边缘之间的尺寸)设为D,可以设定在将(H2+D)除以所述距离L的值,即(H2+D)/L的值以百分比计为20%以内的位置,优选设定在19%以内,更优选设定在2%~20%以内,不管辅助支撑部S的俯视外形为圆形或非圆形,实际上所述辅助支撑部S的位置设定是相等的。
如图3的立体图及图4的俯视图所示,作为该应力仿真的评价模型21,在板状的陶瓷17上,通过导电性的粘接剂19a而分别支撑俯视外形为矩形的石英片18的其一侧的短边18a的两端部来作为第一、第二支撑部M1、M2,同样地通过导电性的粘接剂19b而支撑另一侧的短边18b侧的中央部位来作为辅助支撑部S,进行了使该辅助支撑部S的位置沿连结两短边18a、18b之间的各中点的假想的中心线CL上变化时的应力仿真。
此外,为了明确辅助支撑部S的位置,在图4中用实线表示了该辅助支撑部S的位置,但辅助支撑部S的粘接剂19在石英片18与陶瓷17之间。作为该评价模型21中的陶瓷17、石英片18及粘接剂19的物理性质值的杨氏模量(kgf/mm2)及密度(kgf/mm3)使用下述表1的值。
表1
另外,如下述表2所示,在该应力仿真中,使用了俯视外形为矩形的两个第一、第二石英片18。对于矩形石英片18的尺寸(长边×短边)、支撑部M1、M2的俯视外形为圆形的粘接剂19a的半径R、以及辅助支撑部S的俯视外形为圆形的粘接剂19b的半径r分别不同的第一、第二尺寸的两种评价模型21进行了应力仿真。
表2
(单位:mm)
如表2及图4所示,关于第一尺寸的评价模型21,矩形石英片18的尺寸(长边×短边),即图4的石英片18的长边的长度L和短边的宽度W为1.8mm×1.1mm,支撑部M1、M2的粘接剂19a的半径R为0.16mm,辅助支撑部S的粘接剂19b的半径r为0.12mm。另外,关于第二尺寸的评价模型21,石英片18的尺寸为2.2mm×1.4mm,支撑部M1、M2的粘接剂19a的半径R为0.20mm,辅助支撑部S的粘接剂19b的半径r为0.15mm。对于任一尺寸而言,支撑部M1、M2以及辅助支撑部S的粘接剂19a、19b的厚度均为0.025mm,另外,石英片18的厚度为0.085mm。
如图4的俯视图所示,在该应力仿真中,对于辅助支撑部S的位置,实施了使辅助支撑部S在连结石英片18的两短边18a、18b的各中点的假想的中心线CL上移动变化时的相当于2000G的离心加速度的线性静态分析。图4的(a)表示辅助支撑部S的相对于短边18b的最近的圆周边缘Sa和最远的圆周边缘Sb,用H表示从短边18b至最近的圆周边缘Sa的距离。另外,关于图4的(b),在使辅助支撑部S移动变化的情况下,当辅助支撑部S位于距短边18b最近的位置(用虚线圆S′表示的位置)时,用H1表示最近的圆周边缘Sa距短边18b的距离H,并且当辅助支撑部S位于距短边18b最远的位置(用虚线圆S″表示的位置)时,用H2表示最近的圆周边缘Sa距短边18b的距离H。另外,用2r表示辅助支撑部S的直径。
此外,在装载石英振子1作为轮胎的空气压力监测系统(TPMS)的传感器模块的情况下,如图5所示,若将向箭头符号A方向旋转的轮胎20的旋转轴方向设为Y、离心方向设为Z、行进方向设为X,则以石英片18的宽度方向沿旋转轴方向Y的方式,另外,离心方向Z与石英片18的上下表面正交的方式装载。
图4中表示出应力仿真中的上述各方向,轮胎的旋转轴方向Y为石英片18的沿短边18a、18b的宽度方向,轮胎的行进方向X为石英片18的沿长边18c、18d的长度方向,由轮胎的旋转引起的离心方向Z为垂直于石英片18的上下表面的方向。
如上所述,在该应力仿真中,算出使辅助支撑部S的位置变化时的支撑部M1、M2和辅助支撑部S的粘接剂的最大拉伸应力以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力。
此外,中心线CL上从短边18b辅助支撑部S的圆周边缘Sa至沿该短边18b的距离H,在与短边18b相比辅助支撑部S的圆周边缘Sa位于内侧区域时设为正(+),在超出外侧时设为负(—)。
其次,对应力仿真的结果进行说明。
[关于第一尺寸的评价模型的仿真结果]
表3至表6以及图6表示关于第一尺寸的应力仿真的结果。
表5
应力仿真结果(第一尺寸)
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 1.8 | 1.8 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.79 | 0.79 |
H1/L尺寸 | 3% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 44% | 44% |
表6
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 1.8 | 1.8 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.35 | 0.35 |
H1/L尺寸 | 3% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 19% | 19% |
在表3中,距离H为0.05~0.55mm的范围表示辅助支撑部S距短边18b的优选距离范围,即表示理想涂布位置范围。所谓涂布位置是指作为石英片18b的辅助支撑部S的粘接剂19b距短边18b的涂布位置。在所述距离H为0.05~0.55mm的范围中,距离H为0.4mm时,理想涂布位置范围内的粘接剂19b的最大拉伸应力为最小的400(kgf/mm2),距离H为0.35mm时,石英片18的中心部中的最大冯米斯应力为最小的602(kgf/mm2)。
所述理想涂布位置范围为:将粘接剂19b的最大拉伸应力在距离H=0.4mm处最小应力值设为0%时,作为与该应力值0%的差的应力差的70%以内为距离H为0.05~0.55mm的范围,80%以内为距离H为0.001~0.55mm的范围。将该应力差以内分别称作“应力差70%以内”及“应力差80%以内”。此外,将表3坐标化为图6来表示,以便观察时易于理解。该坐标图的横轴为所述距离H,左纵轴为粘接剂拉伸应力,右纵轴为石英冯米斯应力。判断如下:距离H以0.4mm为中心,粘接剂19的最大拉伸应力在任一距离处都会变大,并且距离H以0.35mm为中心,最大冯米斯应力在任一距离处都会变大。
表4与表3相对应,在距离H为0.05~0.55mm的范围内,将粘接剂19b的最大拉伸应力在距离H=0.4mm处最小的400(kgf/mm2)设为0%,用百分比表示其他距离H处的粘接剂19b的最大拉伸应力的比例,将最大冯米斯应力在距离H=0.35mm处最小的602(kgf/mm2)设为0%,用百分比表示其他距离H处的石英中心的最大冯米斯应力的比例。而且,在表3及表4中,用粗框包围的部分表示优选范围。
表5及表6表示应力仿真结果,在表5中,在所述应力差70%以内及应力差80%以内,将石英片的长边尺寸(间隔L尺寸)设为1.8mm,在中心线CL上从短边18b至辅助支撑部S的右侧圆周边缘Sa的距离H中,将理想右边距离设为H1,该距离H1在应力差70%以内为0.05mm,该距离H1在应力差80%以内为0.001mm,另外,将距离H设为H2,并且将在该H2上加上辅助支撑部S的直径2×r(r为辅助支撑部S的半径)的值,即从短边18b至最远的辅助支撑部S的左侧圆周边缘Sb的距离设为理想左缘距离(H2+2×r),该理想左缘距离(H2+2×r)在应力差70%以内及应力差80%以内均为0.79mm(其中,2×r=0.24mm,H2=0.55mm),另外,将两短边18a、18b之间的距离设为L时,H1/L的值以百分比计在应力差70%以内为3%,在应力差80%以内为0%,(H2+2×r)/L的值以百分比计在应力差70%以内及在应力差80%以内均为44%。图4的(b)中表示出辅助支撑部S的圆周边缘Sa位于H1的情况和位于H2的情况,表示此时的理想左缘距离(H2+2×r)。
表6考虑了石英片上形成有激励电极的情况,与表5不同,理想左缘距离(H2+2×r)在应力差70%以内及在应力差80%以内均为0.35mm,另外,(H2+2×r)/L的值以百分比计在应力差70%以内及在应力差80%以内均为19%。
[关于第二尺寸的评价模型的仿真结果]
表7至表10以及图7表示关于第二尺寸的应力仿真的结果。
表9
应力仿真结果(第二尺寸)
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 2.2 | 2.2 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.95 | 1.00 |
H1/L尺寸 | 2% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 43% | 45% |
表10
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 2.2 | 2.2 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.45 | 0.45 |
H1/L尺寸 | 2% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 20% | 20% |
除评价模型的尺寸不同以外,表7至表10与表3至表6对应。另外,尺寸由第一尺寸变更为第二尺寸,从而表7至表10在详细数值上与表3至表6不同,省略其说明。
特别是,如表10所示,在第二尺寸中,与第一尺寸时的表6不同,理想左缘距离(H2+2×r)在应力差70以内及应力差80%以内均为0.45mm,H1/L在应力差70以内及应力差80以内分别为2%、0%,另外,(H2+2×r)/L的值以百分比计在应力差70以内及应力差80以内均为20%。图7与表3和图6的关系相同,为将表7的数据曲线化的图。由于除此之外与表3至表6相同,因此无需特别重复说明。
在第一尺寸下的表6和第二尺寸下的表10中判断出若石英片18尺寸变大,则理想左缘距离(H2+2×r)及(H2+2×r)/L的百分比值增大。即,能够将辅助支撑部S配置在距短边18b更远距离的位置。
图8A的(1)至(6)和图8B的(7)至(12)表示,在第一尺寸的评价模型中表3的距离H为从-0.12至0.7的十八等级中,石英片18的冯米斯应力的十二种分布变化。在图8A及图8B中,左侧列(a)表示各支撑部的位置,右侧列(b)表示石英片18的冯米斯应力分布。此外,随着冯米斯应力变大,将用从紫向赤的彩虹颜色阶段性地表示的分布变换成深浅图像来表示。此外,在第二尺寸的评价模型中,省略表7的距离H在-0.15~0.85的等级中变化时的石英片18的冯米斯应力分布变化的图示。
在上述实施方式中,由两个支撑部和一个辅助支撑部S这三点支撑石英片,但还可以是将辅助支撑部设为S1和S2这两个,从而四点支撑石英片。
作为该四点支撑的应力仿真的评价模型23,如图9的立体图及图10的俯视图所示,在板状的陶瓷17上,通过导电性的粘接剂19分别支撑俯视外形为矩形的石英片18的其一侧的短边18a的两端部来作为第一、第二支撑部M1、M2,并且通过导电性的粘接剂19支撑的另一侧的短边18b侧的中心线CL的两侧来作为第一、第二辅助支撑部S1、S2,进行了使这些第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置沿中心线CL且沿两短边18a、18b之间的方向变化时的应力仿真。
第一、第二辅助支撑部S1、S2的粘接剂在石英片18与陶瓷17之间。该评价模型中的作为陶瓷17、石英片18及粘接剂19的物理性质值的杨氏模量(kgf/mm2)及密度(kgf/mm3)使用下述表11的值。
表11
另外,如下述表12所示,在该应力仿真中,使用俯视外形为矩形的两个第一、第二石英片18。对矩形的石英片18的尺寸(长边×短边)、支撑部M1、M2的俯视外形为圆形的粘接剂19的半径R、以及第一、第二辅助支撑部S1、S2的俯视外形为圆形的粘接剂19的半径r分别不同的第一、第二尺寸的两种评价模型21进行了应力仿真。
表12
(单位:mm)
如表12及图9所示,关于该评价模型,矩形石英片18的第一尺寸的评价模型21,即石英片18的长边的长度L和短边的宽度W为1.8mm×1.1mm,支撑部M1、M2的粘接剂19的半径R为0.16mm,第一、第二辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的半径r为0.12mm。
另外,关于第二尺寸的评价模型21,石英片18的尺寸为2.2mm×1.4mm,支撑部M1、M2的粘接剂19的半径R为0.20mm,第一、第二辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的半径r为0.15mm。对于任一尺寸来说,支撑部M1、M2以及第一、第二辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的厚度均为0.025mm,另外,关于石英片18的厚度,第一、第二尺寸均为0.085mm。
在该应力仿真中,对于第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置,实施了使第一、第二辅助支撑部S1、S2在连结石英片18的两短边18a、18b的各中点的中心线CL上移动变化时的相当于2000G的离心加速度的线性静态分析。
其次,对应力仿真结果进行说明。
[关于第一尺寸的评价模型的仿真结果]
表13至表16及图11表示在图9的立体图及图10的俯视图所示的评价模型中,其尺寸为第一尺寸时的应力仿真的结果。
表15
应力仿真结果(第一尺寸)
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 1.8 | 1.8 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.79 | 0.79 |
H1/L尺寸 | 3% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 44% | 44% |
表16
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 1.8 | 1.8 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.35 | 0.35 |
H1/L尺寸 | 3% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 19% | 19% |
在这些表中没有测量石英片上所施加的冯米斯应力,但与粘接剂19上所施加的拉伸应力相关联,最终能够由粘接剂19上所施加的拉伸应力来判断评价耐冲击性能。
表13中表示距离H为0.05~0.56时第一、第二辅助支撑部S1、S2处于理想位置。距离H为0.4mm时,理想位置范围中的粘接剂19的最大拉伸应力为最小的453(kgf/mm2)。将表13坐标化成图11来表示。图11的横轴、左及右纵轴分别与图6相对应。
表14与表13对应,并且和表3与表4的对应相同,因此省略详细说明。表13及表14中用框包围的部分表示优选范围。
表15及表16与表5及表6对应,省略详细说明,如表16所示,H2+2×r在应力差70%以内及应力差80%以内均为0.35mm,(H2+2×r)/L的值以百分比计在应力差70%以内及应力差80%以内均为19%。
[关于第二尺寸的评价模型的仿真结果]
表17至表20及图12表示关于第二尺寸的应力仿真的结果。
表19
应力仿真结果(第二尺寸)
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 2.2 | 2.2 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 1.00 | 1.00 |
H1/L尺寸 | 2% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 45% | 45% |
表20
振子 | 70%以内 | 80%以内 |
间隔L尺寸 | 2.2 | 2.2 |
理想右缘距离H1 | 0.05 | 0.001 |
理想左缘距离(H2+2×r) | 0.45 | 0.45 |
H1/L尺寸 | 2% | 0% |
(H2+2×r)/L尺寸 | 20% | 20% |
由于表17至表20分别与表13至表16相对应,因此省略详细说明,如表20所示,与第一尺寸不同,H2+2×r在应力差70%以内及应力差80%以内均为0.45mm,H1/L在应力差70%以内及应力差80%以内分别为2%、0%,(H2+2×r)/L的值以百分比计在应力差70%以内及应力差80%以内均为20%。图12是将表17的数据曲线化的图。
图13A的(1)至(6)及图13B的(7)至(13)表示在第一尺寸的价模型中,表13的距离H为从-0.12至0.001至0.64的13等级中,石英片18的冯米斯应力的分布变化。与图8相同,图13A、13B的左侧列(a)表示各支撑部的位置,右侧两列(b)(c)表示石英片18的正面和背面各自的冯米斯应力的分布。与图8相同,图13是随着应力变大,将用从紫向赤的彩虹颜色阶段性表示石英片18的冯米斯应力的大小的分布变换成深浅图像的图。
图14A的(1)至(6)及图14B的(7)至(13)表示在第二尺寸的评价模型中,表17的距离H为从-0.15至0.8的十三等级中,石英片18的冯米斯应力的分布变化。关于图14A及图14B,左侧列(a)表示各支撑部的位置,右侧两列(b)(c)表示石英片18的正面和背面各自的冯米斯应力分布。
如上述,在该实施方式的石英振子中,由于至少将辅助支撑部S配置在特定的区域内,因此即使施加例如所谓2000G的高离心加速度,也能够减少各支撑部的粘接剂的拉伸应力及石英片的冯米斯应力,从而能够提高耐冲击性。
因此,适合于要求耐冲击性的用途,特别是,尤其适合于车载用途、例如产生高离心加速度的上述TPMS(轮胎空气压力监测系统),或如使用无线即使在钥匙孔中不插入钥匙也能够上锁及开锁的无钥匙进入系统那样的产生下落冲击的用途等。
另外,作为本发明的压电器件的压电振荡器,例如石英振荡器,在所述基底部件上接合激励驱动石英片的集成电路,并与石英片电连接即可。
虽然省略图示,但在该石英振荡器中,使用例如在石英片的下方具有收纳集成电路的空间的基底部件,将集成电路(IC)收纳在该基底部件的所述空间中,并且如上述那样支撑石英片,从而通过盖上盖体来进行气密封装即可。
此外,在上述实施方式中,除台座14以外,基底部件3的底部3a的内部底面3a1为平坦的,在其平坦的内部底面3a1上形成有电极焊盘7、8,但如图15所示,还可以在靠近内部底面3a1的外周的整周形成作为高于该内部底面3a1的台阶的台阶部3c,在该台阶部3c上形成电极焊盘7、8及第一、第二支撑部M1、M2和辅助支撑部S。
台阶部3c由形成有电极焊盘7、8的一对台阶部3c1、3c2、形成有辅助支撑部S的台阶部3c3和连结这些台阶部3c1~3c3的台阶部3c4~3c6构成。台阶部3c1~3c3为宽幅,台阶部3c4~3c6为窄幅。由窄幅的台阶部3c6连结宽幅的台阶部3c1和3c2,从而在彼此之间形成有使内部底面3a1露出的凹部3d。
由此,在台阶部3c1、3c2上形成有电极焊盘7、8,进一步当在电极焊盘7、8上涂布导电性粘接剂13来作为第一、第二支撑部M1、M2时,即使硬化前的导电性粘接剂13流出,也被所述凹部3d截流。
其次,参照图16至图17,对本发明的又一实施方式所涉及的石英振子进行说明。图16是石英振子的剖视图,图17是在图16的石英振子中,卸下封装件的盖体的状态的俯视图。此外,对与图1及图2相对应的部分使用相同的附图标记。该石英振子31与图9及图10的石英振子23相同,具备两个第一、第二辅助支撑部S1、S2。另外,基底部件3与图15的基底部件相同,在内部底面3a1上具有台阶部3c1~3c6。但是,与图15的台阶部3c3不同,与第一、第二辅助支撑部S1、S2相对应地,由台阶部3c31、3c32构成。
在该实施方式的石英振子31中,除了与图9及图10的石英振子23相同地,具有使第一、第二辅助支撑部S1、S2支撑石英片2的短边2b侧的功能之外,其特征在于,具有使石英片2的激励电极9、10电导通的功能。
即,石英振子31除了具有将石英片2的激励电极9、10引出到短边2a侧的引出电极11、12之外,具有引出到短边2b侧的辅助引出电极11a、12a。除了基底部件3的台阶部3c1、3c2上的与引出电极11、12相对应的电极焊盘7、8之外,在台阶部3c31、3c32上设置有与辅助引出电极11a、12a相对应的辅助电极焊盘7a、8a。
另外,由构成第一、第二支撑部M1、M2的导电性粘接剂13、13接合石英片2的引出电极11、12和电极焊盘7、8,并且由构成第一、第二辅助支撑部S1、S2的导电性粘接剂13a、13a接合辅助引出电极11a、12和辅助电极焊盘7a、8a。
根据以上的结构,在该石英振子31中,除了激励电极9、10被引出电极11、12引出到石英片2的短边2a侧,通过电极焊盘7、8而与外部电导通,并且还被辅助引出电极11a、12a引出到短边2b侧,通过辅助电极焊盘7a、8a而与外部电导通之外,导电性粘接剂13、13能够作为第一、第二支撑部M1、M2来发挥作用,并且导电性粘接剂13a、13a能够作为第一、第二辅助支撑部S1、S2来发挥作用。
因此,该石英振子31除了被第一、第二支撑部M1、M2和第一、第二辅助支撑部S1、S2这四点支撑之外,由该四点电导通,因此即使作用有较高的离心加速度,石英振子31在石英片2的短边2a侧或短边2b侧中的一侧所述电导通消失,也能够维持另一侧的电导通,发挥作为石英振子的功能,从而提高耐冲击性。
此外,在该石英振子31的情况下,将从石英片2的短边2b至第一、第二辅助支撑部S1、S2的圆周边缘Sa1、Sa2的距离设为H,短边2a、2b之间的距离设为L、第一、第二辅助支撑部S1、S2的直径设为2r,距离H的范围在作用于第一、第二辅助支撑部S1、S2的最大拉伸应力及石英片2的最大中心冯米斯应力落入规定的应力范围的距离范围内时,所述两应力为最大的距离H设为H2,将第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置设定在(H2+2×r)/L的值以百分比计满足20%以内的位置。
其次,为了提高耐冲击性,与上述实施方式不同,还可以将第一、第二辅助支撑部S1、S2分别配置在将石英片2的长边2c、2d之间的相对距离设为100%、从各长边2c、2d分别至中心线CL的距离设为50%,距相对于中心线CL位于同侧的各长边的距离为43%以下的区域内,优选可分别配置在5%以上且39以下的区域内。
参照图18之后的图,对如此的第一、第二辅助支撑部S1、S2的配置进行说明。在该石英振子41中,为了提高耐冲击性,将各支撑部M1、M2及S1、S2,特别是第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置规定如下。
即,如图18所示,在该实施方式中,将从矩形石英片2的各长边2c、2d至中心线CL的距离D设为50%,即,将作为石英片2的短边2a、2b的长度的宽度尺寸设为100%时,第一、第二辅助支撑部S1、S2分别被配置在,石英片2的两长边2c、2d内距相对于中心线CL位于同侧的长边的距离,具体来讲,第一辅助支撑部S1距一侧的长边2c的距离H、第二辅助支撑部S2距另一侧的长边2d的距离H均为43%以下的区域内。
在此,所谓第一、第二辅助支撑部S1、S2被配置在所述区域内,是指第一、第二辅助支撑部S1、S2的接合材料位于所述区域内。例如,是指涂布作为接合材料的糊状的粘接剂之后,使其干燥硬化后的粘接剂的俯视外形(投影形状)位于所述区域内。
第一、第二辅助支撑部S1、S2更优选分别被配置在距相对于中心线CL位于同侧的长边2c、2d的各距离H为5%以上且39%以下的区域内。
其次,如上述,为了评价石英片2通过主支撑部M1、M2及辅助支撑部S1、S2支撑在基底部件3上的石英振子的耐离心加速度性,进行了假设施加2000G的离心加速度的使用有限元法的应力仿真。
如图19的立体图及图20的俯视图所示,作为该应力仿真的评价模型51,在板状的陶瓷17上,俯视外形为矩形的石英片18通过导电性的粘接剂19分别支撑其一侧的短边18a的两端部来作为第一、第二支撑部M1、M2,并且同样地通过导电性的粘接剂19支撑另一侧的短边18b侧的两部位来作为第一、第二辅助支撑部S1、S2,进行了使该第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置沿短边18b变化时的应力仿真。
此外,在图20中为了明确第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置而用实线来表示,但第一、第二辅助支撑部S1、S2的粘接剂19在石英片18与陶瓷17之间。
作为该评价模型51中的陶瓷17、石英片18及粘接剂19的物理性质值的杨氏模量(kgf/mm2)及密度(kgf/mm3)使用下述表21的值。
表21
另外,如下述表22所示,在该应力仿真中,对俯视外形为矩形的石英片18的尺寸(长边×短边)、支撑部M1、M2的俯视外形为圆形的粘接剂19的半径R以及辅助支撑部S1、S2的俯视外形为圆形的粘接剂19的半径r分别不同的第一、第二尺寸的两种评价模型21进行了应力仿真。
表22
(单位:mm)
如表22及图20所示,关于第一尺寸的评价模型51,矩形的石英片18的尺寸(长边×短边),即图20的石英片18的长度L和宽度W为1.8mm×1.1mm,主支撑部M1、M2的粘接剂19的半径R为0.16mm,辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的半径r为0.12mm。另外,关于第二尺寸的评价模型21,石英片18的尺寸为2.2mm×1.4mm,主支撑部M1、M2的粘接剂19的半径R为0.20mm,辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的半径r为0.15mm。对于任一尺寸来说主支撑部M1、M2以及辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的厚度均为0.025mm,另外,石英片18的厚度为0.085mm。
如图20的俯视图所示,在该应力仿真中,对于第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置,实施了使在石英片18的两长边18c、18d内,从相对于连结两短边18a、18b的各中点的中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2各自的接近侧的圆周边缘S1a、S2a,即圆形的粘接剂19的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离h1(以下称作“接近侧圆周边缘距离”)变化时的相当于2000G的离心加速度的线性静态分析。
第一、第二辅助支撑部S1、S2以所述中心线CL为对称轴线性对称,因此,第一、第二辅助支撑部S1、S2的所述接近侧圆周边缘距离h1相等。另外,第一、第二辅助支撑部S1、S2位于短边18b侧,并且配置在矩形的石英片18的端部边缘。
另外,相对于接近侧圆周边缘距离h1,在石英片18的两长边18c、18d内,从相对于所述中心线CL位于与各辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2各自的远离侧的圆周边缘S1b、S2b,即圆形的粘接剂19的远离侧的圆周边缘S1b、S2b的距离h2(以下称作“远离侧圆周边缘距离”),如图20所示,为接近侧圆周边缘距离h1加上辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的直径(2×r),即在第一尺寸中加上0.24(=0.12×2)mm,在第二尺寸中加上0.30(=0.15×2)mm的值。
此外,在装载石英振子1作为轮胎空气压力监测系统(TPMS)的传感器模块的情况下,如图21所示,若设沿箭头符号A方向旋转的轮胎20的旋转轴方向为Y,离心方向为Z、行进方向为X,则以石英片18的宽度方向沿旋转轴方向Y的方式,另外,离心方向Z与石英片18的上下表面正交的方式装载。
图20中示出应力仿真中的上述各方向,轮胎的旋转轴方向Y为沿石英片18的短边18a、18b的宽度方向,轮胎的行进方向X为沿石英片18的长边18c、18d的长度方向,由轮胎的旋转引起的离心方向Z为垂直于石英片18的上下表面的方向。
如上述,在该应力仿真中,算出使各辅助支撑部S1、S2的位置变化时的主支撑部M1、M2及辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力。石英片18的中心部为距矩形的石英片18的中心半径0.3mm的区域。
此外,从矩形的石英片18的长边18c、18d至各辅助支撑部S1、S2的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离h1,在辅助支撑部S1、S2位于矩形的石英片18的内侧的区域的情况下为正(+),在辅助支撑部S1、S2的局部位于矩形的石英片18的外侧的情况下,即辅助支撑部S1、S2的局部超出矩形的石英片18的情况下为负(—)。
其次,对应力仿真的结果进行说明。
[关于第一尺寸的评价模型的仿真结果]
表23表示关于第一尺寸的应力仿真的结果。
该表23中示出在石英片18的两长边18c、18d内,从相对于所述中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2各自的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离,即上述的接近侧圆周边缘距离h1中的粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力,并且所述接近侧圆周边缘距离h1的填充有斜线的部分示出优选范围。
另外,图22是对表23的数据,即相对于接近侧圆周边缘距离h1,粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力分别进行曲线化的图。在该图22中,白点表示最小值。
如该表23及图22所示,从第一、第二辅助支撑部S1、S2距矩形石英片18的长边18c、18d向外侧分别超出0.12mm的位置(h1=—0.12),使各辅助支撑部S1、S2的位置逐渐靠近,使从矩形的石英片18的各长边18c、18d至辅助支撑部S1、S2的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离h1分别变化至0.3mm(h1=0.3)。
如此,若使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置沿彼此靠近的方向变化,则粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部的最大冯米斯应力逐渐变小,在所述接近侧圆周边缘距离h1为0.14mm(h1=0.14)附近均为最小,之后,粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部的最大冯米斯应力逐渐变大。
粘接剂19的最大拉伸应力为1124(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为523(kgf/mm2)以下的优选第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置,为所述接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.001mm~0.26mm范围。
接近侧圆周边缘距离h1为从石英片18的各长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离,因此,从石英片18的各长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2的远离侧的圆周边缘S1b、S2b的距离,即上述的远离侧圆周边缘距离h2为接近侧距离h1加上辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的直径(2·r),即0.24(=0.12×2)mm的值。即,为h2=0.241mm~0.50mm。
因此,第一、第二辅助支撑部S1、S2能够存在的区域为从作为所述接近侧圆周边缘距离h1的最小值的0.01mm至作为所述远离侧圆周边缘距离h2的最大值的0.50mm的区域。
如图20所示,接近侧圆周边缘距离h1及远离侧圆周边缘距离h2均为距石英片18的两长边18c、18d中的相对于连结两短边18a、18b的各中点的中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d的距离H。
因此,若使用该距离H表示第一、第二辅助支撑部S1、S2能够存在的区域,则为H=0.001mm~0.50mm。
即,粘接剂19的最大拉伸应力为1124(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为523(kgf/mm2)以下的更优选第一、第二辅助支撑部S1、S2被配置在图20所示的距位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d的距离H为H=0.001mm~0.510mm的区域内。
该区域为:当将从矩形的石英片18的长边18c、18d至所述中心线CL的距离D设为50%,即,将作为石英片18的短边2a、2b的长度的石英片18的宽度W设为100%时,距长边18c、18d的距离H为大致0%{=(0.001/1.1)×100}~46%{=(0.50/1.1)×100}的区域。
即,粘接剂19的最大拉伸应力为1124(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为523(kgf/mm2)以下的优选第一、第二辅助支撑部S1、S2被分别配置在距长边18c、18d的所述距离H为0%~46%的区域内。
如表24所示,在该区域内,粘接剂19的最大拉伸应力与最小拉伸应力之差相对于所述最小拉伸应力的比例[{(最大拉伸应力—最小拉伸应力)/最小拉伸应力}×100]以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力与最小冯米斯应力之差相对于所述最小冯米斯应力的比例[{(最大冯米斯应力—最小冯米斯应力)/最小冯米斯应力}×100]均为3%以内。
表24
在该表24中,第一、第二支撑部S1、S2位于在石英片的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于同侧的长边18c、18d的距离H为从最小值Hmin=0.001至最大值Hmax=0.5的区域内,并且表示出该区域为:将作为石英片18的短边18a、18b的长度的石英片18的宽度W(1.1mm)设为100%时,距长边18c、18d的距离H为0%~46%的区域。
其次,第一、第二辅助支撑部S1、S2的更优选位置,具体来讲,粘接剂19的最大拉伸应力为1108(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为516(kgf/mm2)以下的第一、第二辅助支撑部S1、S2,位于上述接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.06mm~0.22mm的范围。
由于接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.06mm~0.22mm,因此从石英片18的各长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2的远离侧的圆周边缘S1b、S2b的距离,即上述远离侧圆周边缘距离h2为接近侧圆周边缘距离h1加上0.24mm的值。即,h2=0.30mm~0.46mm。
因此,第一、第二辅助支撑部S1、S2能够存在的区域为从作为所述接近侧圆周边缘距离h1的最小值的0.06mm至作为所述远离侧圆周边缘距离h2的最大值的0.46的区域。
若用在石英片18的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d的距离H表示该区域,则为H=0.06mm~0.46mm。
即,将从石英片18的18c、18d至所述中心线CL的距离D设为50%时,粘接剂19的最大拉伸应力为1108(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为516(kgf/mm2)以下的更优选第一、第二辅助支撑部S1、S2位于距长边18c、18d的距离H为5%{[=(0.06/1.1)×100]}~42%{[=(0.46/1.1)×100]}的区域内。
即,粘接剂19的最大拉伸应力为1108(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为516(kgf/mm2)以下的更优选第一、第二辅助支撑部S1、S2分别被配置在距长边18c、18d的所述距离H为5%~42%的区域内。
如表24所示,在该区域内,粘接剂19的最大拉伸应力与最小拉伸应力之差相对于所述最小拉伸应力的比例以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力与最小冯米斯应力之差相对于所述最小冯米斯应力的比例均为1.5%以内。
在该表24中,第一、第二辅助支撑部S1、S2位于在石英片18的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于同侧的长边18c、18d的距离H为从最小值Hmin=0.06至最大值Hmax=0.46的区域内,当将石英片18的宽度W(1.1mm)设为100%时,该区域表示距长边18c、18d的距离H为5%~42%的区域。
[关于第二尺寸的评价模型的仿真结果]
其次,关于第二尺寸,对应力仿真的结果进行说明。
表25表示关于第二尺寸的应力仿真的结果。
与上述表23相同,该表25中表示出在石英片18的两长边18c、18d内,从相对于上述中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2各自的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离,即上述接近侧圆周边缘距离h1中的粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力,所述接近侧圆周边缘距离h1的填充有斜线的部分表示为优选范围。
另外,图23是对表25的数据,即对于接近侧圆周边缘距离h1,粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力分别进行曲线化的图。在该图23中,白点表示最小值。
如该表25及图23所示,从第一、第二辅助支撑部S1、S2距矩形的石英片18的长边18c、18d向外侧分别超出0.15mm的位置(h1=—0.15),使各辅助支撑部S1、S2的位置逐渐靠近,从而使从矩形的石英片18的各长边18c、18d至各辅助支撑部S1、S2的接近侧的圆周边缘S1a、S2a的距离h1分别变化至0.35mm(h1=0.35)。
如此,若使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置沿彼此靠近的方向变化,则粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部的最大冯米斯应力逐渐变小,在所述接近侧圆周边缘距离h1约为0.15mm处石英片18的中心部的最大冯米斯应力为最小,另外,约0.2mm处粘接剂19的最大拉伸应力为最小,之后,粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部的最大冯米斯应力逐渐变大。
粘接剂19的最大拉伸应力为1487(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为708(kgf/mm2)以下的优选第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置为所述接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.001mm~0.30mm的范围,即表25的填充有粗斜线的范围。
由于接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.001mm~0.30mm,因此从石英片18的各长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2的远离侧的圆周边缘S1b、S2b的距离,即上述的远离侧圆周边缘距离h2为接近侧距离h1加上辅助支撑部S1、S2的粘接剂19的直径(2·r),即0.30(=0.15×2)的值,h2=0.301mm~0.60mm。
因此,第一、第二辅助支撑部S1、S2能够存在的区域为从作为所述接近侧圆周边缘距离h1的最小值的0.001mm至作为所述远离侧圆周边缘距离h2的最大值的0.60mm的区域。
若用在石英片18的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d的距离H表示该区域,则为H=0.001mm~0.60mm。
即,将从晶片18的长边18c、18d至所述中心线CL的距离D设为50%时,粘接剂19的最大拉伸应力为1487(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为708(kgf/mm2)以下的优选第一、第二辅助支撑部S1、S2,位于距长边18c、18d的距离H为大致0%{=(0.001/1.4×100}~43%{=(0.6/1.4×100}的区域。
即,粘接剂19的最大拉伸应力为1487(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为708(kgf/mm2)以下的优选第一、第二辅助支撑部S1、S2,被分别配置在距长边18c、18d的所述距离H为0%~43%的区域内。
如表26所示,在该区域内,粘接剂19的最大拉伸应力与最小拉伸应力之差相对于所述最小拉伸应力的比例以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力与最小冯米斯应力之差相对于所述最小冯米斯应力的比例均为3%以内。
表26
在该表26中,第一、第二辅助支撑部S1、S2位于在石英片的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于同侧的长边18c、18d的距离H为从最小值Hmin=0.001至最大值Hmax=0.60的区域内,并且表示出该区域为:将石英片18的宽度W(1.4m)设为100%时,距长边18c、18d的距离H为0%~43%的区域。
其次,第一、第二辅助支撑部S1、S2的更优选位置,具体来讲,粘接剂19的最大拉伸应力为1466(kgf/mm2)以下,石英片18的中心部的最大冯米斯应力为698(kgf/mm2)以下的第一、第二辅助支撑部S1、S2,位于上述接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.05m~0.25m的范围,即表25的填充有细斜线的范围。
由于接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.05mm~0.25mm,因此从石英片18的各长边18c、18d至第一、第二辅助支撑部S1、S2远离侧的圆周边缘S1b、S2b的距离,即上述远离侧圆周边缘距离h2为接近侧圆周边缘距离h1加上0.30mm的值。即,h2=0.35mm~0.55mm。
因此,第一、第二辅助支撑部S1、S2能够存在的区域为从作为所述接近侧圆周边缘距离h1的最小值的0.05mm至作为所述远离侧圆周边缘距离h2的最大值的0.55mm的区域。
若用在石英片18的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于与辅助支撑部S1、S2同侧的长边18c、18d的距离H表示该区域,则为H=0.05mm~0.55mm。
即,将从石英片18的18c、18d至所述中心线CL的距离D设为50%时,粘接剂19的最大拉伸应力为1466(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为698(kgf/mm2)以下的更优选第一、第二辅助支撑部S1、S2,位于距长边18c、18d的距离H为4%{[=(0.05/1.4)×100]}~39%{[=(0.55/1.4)×100]}的区域内。
即,粘接剂19的最大拉伸应力为1466(kgf/mm2)以下且石英片18的中心部的最大冯米斯应力为698(kgf/mm2)以下的更优选第一、第二辅助支撑部S1、S2分别被配置在距长边18c、18d的所述距离为4%~39%的区域内。
如表26所示,在该区域内,粘接剂19的最大拉伸应力与最小拉伸应力之差相对于所述最小拉伸应力的比例以及石英片18的中心部中的最大冯米斯应力与最小冯米斯应力之差相对于所述最小冯米斯应力的比例均为1.5%以内。
在该表26中,第一、第二辅助支撑部S1、S2处于在石英片18的两长边18c、18d内,距相对于上述中心线CL位于同侧的长边18c、18d的距离H为从最小值Hmin=0.05至最大值Hmax=0.55的区域内,当将石英片18的宽度W(1.4mm)设为100%时,该区域表示距长边18c、18d的距离H为4%~39%的区域。
基于以上的应力仿真的结果,能够抑制粘接剂19的最大拉伸应力以及石英片18的中心部的最大冯米斯应力的优选第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置为所述距离H为0%~43%的区域,更优选第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置为所述距离H为5%~39%的区域。
其次,在该第二尺寸的评价模型中,如上述,图24A及图24B中表示当使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置逐渐靠近时的各支撑部M1、M2和S1、S2的位置以及石英片18的冯米斯应力的分布。在各图中,左侧表示各支撑部的位置,右侧表示石英片18的冯米斯应力的分布。
该图24A及图24B为随着应力变大,将用从紫(0.0kgf/mm2)向赤(1540kgf/mm2)由彩虹颜色阶段性表示石英片18的冯米斯应力的大小的分布变换成深浅图像的图。
在图24A中,(a)为第一、第二辅助支撑部S1、S2向结晶片18的长边18c、18d的外侧超出1/2的位置,即上述的接近侧圆周边缘距离h1为h1—0.075mm,(b)为第一、第二辅助支撑部S1、S2向结晶片18的长边18c、18d的外侧超出1/4的位置,即上述的接近侧圆周边缘距离h1为h1=—0.0375mm,(c)为第一、第二辅助支撑部S1、S2向结晶片18的长边18c、18d的外侧超出1/8的位置,即上述的接近侧圆周边缘距离h1为h1=—0.01875mm,(d)为上述的接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.0mm的距离,(e)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.05mm的距离,(f)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.1mm的距离,(g)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.15mm,石英片18的中心部的最大冯米斯应力为最小的距离。
另外,在图24B中,(g)与图24A的(g)相同,为h1=0.15mm,石英片18的中心部的最大冯米斯应力为最小的距离。(h)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.2mm,(i)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.25mm,(j)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.3mm,(k)为接近侧圆周边缘距离h1为h1=0.35mm。
即,在图24A中,如(a)→(g)所示,表示使第一、第二辅助支撑部S1、S2沿彼此靠近的方向移动的状态,在图24B中,如(g)→(k)所示,表示使第一、第二辅助支撑部S1、S2沿进一步靠近的方向移动的状态。
首先,在图24A中,若注意石英片18的中心部的应力,则在(a)中,约700kgf/mm2左右的应力部分上下相连。如从该状态至(b)→(c)→(d)→(e)所示,若使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置彼此靠近,则石英片18的中心部的上下相连的所述应力部分逐渐左右收缩,相应地,约600kgf/mm2左右的应力低的部分扩大。
而且,若使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置进一步靠近,则如(f)→(g)所示,上下相连的应力部分上下分离,在(g)中,石英片18的中心部的冯米斯应力为最小。
若从该(g)状态使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置进一步靠近,则如图24B的(g)→(h)→(i)所示,石英片18的中心部的上下分离的应力部分扩大,并且上下间隔逐渐变窄。
而且,若使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置进一步靠近,则如(j)→(k)所示,可知上下分离的应力部分再次相连,石英片18的中心的冯米斯应力变高。
如此,若使第一、第二辅助支撑部S1、S2的位置沿彼此靠近的方向变化,则石英片18的中心的冯米斯应力逐渐变小,在上述的接近侧圆周边缘距离h1为0.15mm处为最小,之后,石英片18的中心的冯米斯应力逐渐变大。
如上述,在该实施方式的石英振子中,将第一、第二辅助支撑部S1、S2配置在特定的区域内,因此即使施加2000G的高离心加速度,也能够降低各支撑部M1、M2和S1、S2的各粘接剂19的拉伸应力以及石英片18的冯米斯应力,从而能够提高耐冲击性。
在上述的实施方式中,石英片俯视观察时为长方形,但本发明能够适用于俯视观察时为正方形的压电振荡片。
还可以使用焊料和金属凸块来代替粘接剂。
在上述实施方式中,在第一、第二支撑部中,作为压电振荡片的石英片的上表面上不存在粘接剂,但在对基底部件的电极焊盘涂布粘接剂以装载石英片之后,也可以在石英片的上表面上进一步再涂粘接剂,从而使粘接剂存在,由此,还可以进行进一步切实的电气机械接合。
在上述实施方式中,适用于使用石英片作为压电振荡片的石英振子来进行了说明,但本发明能够适用于由使用石英以外的钽酸锂、铌酸锂等压电材料构成的压电振荡片的压电振子。
在上述实施方式中,适用于使用AT切割的石英片作为压电振荡片的石英振子来进行了说明,但还可以适用于使用其他切割的石英片的石英振子。
在上述实施方式中,使基底部件3为具有凹部的结构,但还可以是使基底部件3为没有凹部的板状,并且在盖体4侧具有凹部的结构。
符号说明
1 石英振子
2、18 石英片(压电振荡片)
3 基底部件
4 盖体
7、8 电极焊盘
9、10 激励电极
11、12 引出电极
13 导电性粘接剂
16、19 粘接剂
Claims (14)
1.一种压电器件,具备:
压电振荡片,俯视外形为矩形,在表面上具备一个激励电极,在背面上具备与所述一个激励电极相对的另一激励电极,并且具有使所述一个激励电极和所述另一激励电极分别向构成所述矩形的两组相对边中的第一组相对边的一侧的相对边侧引出的一对电极;
基底部件,在上表面具有与所述一对电极分别连接的两个电极焊盘;
第一、第二支撑部,由将所述一对电极分别电接合到所述两个电极焊盘上的导电接合材料构成,支撑所述压电振荡片的背面的所述第一组相对边的一侧的相对边侧,
所述压电器件的特征在于,设置辅助支撑部,该辅助支撑部由在规定的接合区域将所述压电振荡片的背面侧的所述第一组相对边的另一侧的相对边侧的至少一处接合到所述基底部件的上表面的接合材料构成,并且支撑所述压电振荡片的背面的所述第一组相对边的另一侧的相对边侧,
所述辅助支撑部的全体与所述压电振荡片相对,并且所述辅助支撑部的位于距所述另一侧的相对边最近的位置的圆周边缘位于与所述另一侧的相对边分离的位置,
将所述辅助支撑部的从所述另一侧的相对边至所述辅助支撑部的位于距所述另一侧的相对边最近的位置的圆周边缘的距离范围设为距离范围H,所述距离范围H中最短的距离设为H1(>0),最长的距离设为H2(>H1),所述第一组的所述两相对边之间的距离设为L,所述辅助支撑部的位于距所述另一侧的相对边最近的位置的圆周边缘与所述辅助支撑部的位于距所述另一侧的相对边最远的位置的圆周边缘之间的距离设为D,将所述辅助支撑部距所述第一组的另一侧的相对边的位置设定在(H2+D)/L的值以百分比计满足20%以内的位置上。
2.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述(H2+D)/L的值以百分比计为19%以内。
3.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述(H2+D)/L的值以百分比计为2%~20%。
4.根据权利要求1所述的压电器件,其中,在构成所述矩形的两组的第一、第二组相对边中,第一组相对边为短边,第二组相对边为长边,所述辅助支撑部位于连结第一组相对边的一侧的相对边的中央与第一组相对边的另一侧的相对边的中央的中心线上。
5.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述支撑部在所述第一组相对边的另一侧的相对边侧的至少两处由接合材料接合到所述基底部件的上表面作为第一、第二辅助支撑部。
6.根据权利要求5所述的压电器件,其中,所述第一、第二辅助支撑部相对于连结第一组相对边的一侧的相对边的中央与第一组相对边的另一侧的相对边的中央的中心线位于线对称的位置。
7.根据权利要求5所述的压电器件,其中,所述压电振荡片具有使所述两激励电极分别向所述两组相对边中的第一组相对边的另一侧的相对边侧引出的一对辅助电极,
所述基底部件在上表面上具有与所述一对辅助电极分别连接的两个辅助电极焊盘,
所述第一、第二辅助支撑部将所述一对辅助电极分别电接合到所述两个辅助电极焊盘上。
8.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述基底部件具备通过底部和所述底部周围的周部而具有收纳所述压电振荡片的凹部的结构,
所述底部在其内底面具备台阶部,
在所述台阶部上装载有所述电极焊盘、所述支撑部及所述辅助支撑部。
9.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述接合材料为糊状的粘接剂。
10.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述辅助支撑部的俯视外形为圆形或椭圆形。
11.根据权利要求9所述的压电器件,其中,所述辅助支撑部的厚度为10μm~30μm。
12.根据权利要求10所述的压电器件,其中,所述辅助支撑部的厚度为10μm~30μm。
13.根据权利要求1所述的压电装置,其中,将激励驱动所述压电振荡片的集成电路接合到所述基底部件上,并且与所述压电振荡片电连接。
14.根据权利要求1所述的压电器件,其中,所述压电振荡片为石英片。
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