CN109845103B - 压电振子 - Google Patents
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Abstract
本发明抑制压电振子的谐振频率的降低。本发明所涉及的水晶振子(10)具备：封装件(11)，其包括基板(12)、盖(14)以及将基板(12)和盖(14)接合的粘合部件(30)；水晶振动元件(16)，其被收纳于封装件(11)内；以及调整部件(150)，其附加地设置于水晶振动元件(16)，并且包含随着湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。
Description
技术领域
本发明涉及压电振子。
背景技术
作为与以往的压电振子相关的发明，例如已知有专利文献1所记载的压电振动部件。专利文献1记载的压电振动部件具备基板、压电振动元件、导电性保持部件以及帽。压电振动元件通过导电性保持部件安装在基板上。帽通过接合部件固定于基板以便使压电振动元件设置于内部空间。以上那样的压电振动部件例如被用于压电振子、压电振荡器等。
专利文献1：日本专利第4947213号
然而，本申请发明人发现了：若专利文献1记载的压电振动部件在潮湿环境下持续使用，则压电振动部件的谐振频率降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够抑制谐振频率的降低的压电振子。
本发明的第1方式所涉及的压电振子具备：保持器，其包括基板、盖以及将上述基板和上述盖接合的有机粘合部件；压电振动元件，其被收纳于上述保持器内；以及调整部件，其附加地设置于上述压电振动元件，并且包含随着湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。
本发明的第2方式所涉及的压电振子具备：保持器，其具有被液密密封的内部空间；压电振动元件，其被收纳于上述保持器内；以及调整部件，其附加地设置于上述压电振动元件，并且包含随着内部空间内的湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。
根据本发明，能够抑制谐振频率的降低。
附图说明
图1是水晶振子10的外观立体图。
图2是水晶振子10的分解立体图。
图3是图1的A-A处的剖面构造图。
具体实施方式
(水晶振子的构造)
以下，参照附图对本发明的一实施方式所涉及的水晶振子(Quartz CrystalResonator Unit)进行说明。图1是水晶振子10的外观立体图。图2是水晶振子10的分解立体图。图3是图1的A-A处的剖面构造图。
以下，将相对于水晶振子10的主面的法线方向定义为上下方向，在从上侧观察时，将水晶振子10的长边延伸的方向定义为前后方向(或者长边方向)，将水晶振子10的短边延伸的方向定义为左右方向(或者短边方向)。
如图1～图3所示，水晶振子10具备作为保持器(Enclosure)的一个例子的封装件11、水晶振动元件(Quartz Crystal Resonator)16以及调整部件150，是压电振子(Piezoelectric Resonator Unit)的一个例子。水晶振子10的左右的宽度例如是1.6mm。水晶振子10的前后的长度例如是2.0mm。
封装件11是包括基板12、盖14、粘合部件30以及绝缘部件50且具有长方体构造的密封容器。封装件11在其内部具有与外部隔离的空间Sp(内部空间)。封装件11具有液密构造。即，空间Sp被液密密封。因此，液体(例如水)不能在封装件11外与空间Sp之间移动。但是，封装件11不具有气密构造。因此，气体(例如水蒸气)能够在封装件11外与空间Sp之间移动。
基板12包括基板主体21、外部电极22、26、40、42、44、46、引出导体层32、34以及连接导体25、28。
基板主体21具有板状构造，在从上侧观察时，具有长方形构造。因此，基板主体21具有长方形的上表面以及下表面。长方形是也包括正方形的意思。长方形是除了长方形之外也包括从长方形稍微变形后的形状的意思。在本实施方式中，在从上侧观察时，基板主体21具有四个角附近被切割的构造。更详细而言，在从上侧观察时，基板主体21的四个角附近被切割成中心角为90°的扇形。各切口遍及从基板主体21的上表面至下表面之间而形成。基板主体21例如由氧化铝质烧结体、莫来石质烧结体、氮化铝质烧结体、碳化硅质烧结体、玻璃陶瓷烧结体等陶瓷类绝缘性材料、水晶、玻璃、硅等制成。在本实施方式中，基板主体21由氧化铝质烧结体制成。
外部电极22是在基板主体21的上表面的左后方的角附近设置的长方形的导体层。外部电极26是在基板主体21的上表面的右后方的角附近设置的长方形的导体层。外部电极22和外部电极26在左右方向上排列。
引出导体层32是具有第1端部以及第2端部的导体层。第1端部与外部电极22连接。第2端部位于基板主体21的上表面的左前方的角处。引出导体层34是具有第3端部以及第4端部的导体层。第3端部与外部电极26连接。第4端部位于基板主体21的上表面的右后方的角处。
外部电极40是在基板主体21的下表面的右后方的角附近设置的正方形的导体层。外部电极42是在基板主体21的下表面的左后方的角附近设置的正方形的导体层。外部电极44是在基板主体21的下表面的右前方的角附近设置的正方形的导体层。外部电极46是在基板主体21的下表面的左前方的角附近设置的正方形的导体层。
连接导体25被设置成覆盖在基板主体21的左前方的角设置的切口，将引出导体层32的第2端部和外部电极46连接。由此，外部电极22与外部电极46电连接。连接导体28被设置成覆盖在基板主体21的右后方的角设置的切口，将引出导体层34的第4端部和外部电极40连接。由此，外部电极26和外部电极40电连接。
外部电极22、26、40、42、44、46、引出导体层32、34以及连接导体25、28具有三层构造，具体而言，通过从下层侧向上层侧层叠钼层、镍层以及金层而构成。
盖14是具有长方形的开口的壳体，也被称为金属帽。盖14例如通过对铁镍合金或者钴镍合金的母材实施镀镍以及镀金而制成。在本实施方式中，盖14是下侧开口的长方体状的箱，通过对铁镍合金的母材的表面实施镀镍以及镀金而制成。
粘合部件30以及绝缘部件50在基板主体21的上表面上从下侧向上侧依次重叠配置。粘合部件30以及绝缘部件50具有长方形的环状构造，在从上侧观察时，包围水晶振动元件16以及外部电极22、26。绝缘部件50由环氧树脂等绝缘性树脂制成。粘合部件30是有机粘合部件，更优选为树脂粘合部件。粘合部件30在为树脂粘合部件的情况下，例如由双酚A型环氧类或者有机硅类的树脂材料制成。粘合部件30以及绝缘部件50发挥使盖14与基板12的引出导体层32、34绝缘的作用，并且发挥将基板12与盖14接合的作用。在盖14的开口的外缘与绝缘部件50接触的状态下，使粘合部件30以及绝缘部件50熔融以及固化。由此，盖14在开口的外缘的全长处与基板主体21的上表面接合。作为其结果，通过基板主体21的上表面以及盖14，形成空间Sp。但是，由于粘合部件30为有机粘合部件，所以如上述那样，封装件11具有液密构造，并且不具有气密构造。
水晶振动元件16以能够激励的方式收纳于封装件11内。水晶振动元件16包括水晶片(Quartz Crystal Blank)17、外部电极97、98、激励电极100、101以及引出导体102、103，是压电振动元件的一个例子。水晶片17成为具有上表面(第1主面的一个例子)以及下表面(第2主面的一个例子)的板状构造，在从上侧观察时，具有长方形构造。水晶片17是压电片的一个例子。因此，也可以取代水晶片17，使用压电陶瓷片来作为压电片。
水晶片17是具有规定的结晶方位的水晶，例如是从水晶的原石等以规定角度切出的AT切割型的水晶片。水晶片17的尺寸是收敛于前后方向的长度为2.0mm、左右方向的宽度为1.6mm的范围的尺寸。考虑封装件的壁厚、密封材料的渗漏、元件的安装精度等，将水晶片17设计成水晶片17的前后方向的长度为1.50mm以下、水晶片17的左右方向的宽度为1.00mm以下。
外部电极97是在水晶片17的左后方的角及其附近设置的导体层。外部电极97跨越上表面、下表面、后表面以及左表面而形成。外部电极98是在水晶片17的右后方的角及其附近设置的导体层。外部电极98跨越上表面、下表面、后表面以及右表面而形成。由此，外部电极97、98沿着水晶片17的短边排列。
激励电极100(第1激励电极的一个例子)设置于水晶片17的上表面的中央，在从上侧观察时具有长方形构造。激励电极101(第2激励电极的一个例子)设置于水晶片17的下表面的中央，在从上侧观察时具有长方形构造。在从上侧观察时，激励电极100和激励电极101重叠成它们的外缘一致。
引出导体102设置于水晶片17的上表面，将外部电极97与激励电极100连接。引出导体103设置于水晶片17的下表面，将外部电极98与激励电极101连接。外部电极97、98、激励电极100、101以及引出导体102、103具有双层构造，包括铬层(由铬构成的层的一个例子)以及金层(由金构成的层的一个例子)。铬层设置在水晶片17的表面上。金层是设置在铬层上的表面金属层。金层与水晶片17的紧贴性低。因此，铬层通过设置于金层和水晶片17之间，来作为外部电极97、98、激励电极100、101以及引出导体102、103向水晶片17的表面的紧贴层发挥作用。此外，也可以取代铬层而将钛层等其他金属层用作紧贴层。
水晶振动元件16安装于基板12的上表面。具体而言，外部电极22和外部电极97在通过导电性粘合部件210电连接的状态下固定，外部电极26和外部电极98在通过导电性粘合部件212电连接的状态下固定。由此，水晶振动元件16通过导电性粘合部件210、212支承于基板12。导电性粘合部件210、212的材料例如是在环氧类树脂基材含有银填料等导电性材料填料的材料。
调整部件150附加地设置于水晶振动元件16。在本实施方式中，调整部件150设置在水晶片17的上表面相对于激励电极100靠前侧。在水晶片17的上表面相对于激励电极100靠前侧是指悬臂支承的水晶片17的自由端侧。但是，设置调整部件150的位置不局限于此。调整部件150也可以设置于水晶片17的下表面，也可以设置在激励电极100上或者激励电极101上。特别是，若在激励电极100或者激励电极101的附近设置调整部件150，则能够获得较大的效果。此外，调整部件150也可以被包括于导电性粘合部件210以及导电性粘合部件212。
另外，调整部件150包含随着湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。在本实施方式中，调整部件150的材料通过与空气中的水分反应，而从固体向气体产生状态变化。作为这样的材料，例如可举出硅氧烷。挥发量是指固体或者液体变化成气体的量。挥发量的测定在除湿度以外的条件不变化(即，使试料的形状(表面积)恒定)而仅使湿度变化的情况下进行。
(水晶振子的制造方法)
以下，参照附图对水晶振子10的制造方法进行说明。
首先，制造基板12。准备多个基板主体21以矩阵状排列的母基板。母基板例如由氧化铝质烧结体、莫来石质烧结体、氮化铝质烧结体、碳化硅质烧结体、玻璃陶瓷烧结体等陶瓷类绝缘性材料、水晶、玻璃、硅等制成。
接下来，在母基板中，在基板主体21的形成切口的位置照射光束来形成圆形的贯通孔。将连接导体25、28的基底电极形成于母基板的贯通孔的内周面。具体而言，将钼层印刷于母基板的切口内并使其干燥。其后，烧结钼层。由此，形成连接导体25、28的基底电极。
接下来，将外部电极40、42、44、46的基底电极形成于母基板的下表面。具体而言，将钼层印刷在母基板的下表面上，并使其干燥。其后，烧结钼层。由此，形成外部电极40、42、44、46的基底电极。
接下来，将外部电极22、26以及引出导体层32、34的基底电极形成在母基板的上表面。具体而言，将钼层印刷在母基板的上表面上，并使其干燥。其后，烧结钼层。由此，形成外部电极22、26以及引出导体层32、34的基底电极。
接下来，对外部电极40、42、44、46、22、26、引出导体层32、34以及连接导体25、28的基底电极依次实施镀镍以及镀金。由此，形成外部电极40、42、44、46、22、26、引出导体层32、34以及连接导体25、28。
接下来，利用切割机，将母基板分割为多个基板主体21。此外，也可以在照射激光束来在母基板形成分割槽之后，将母基板分割为多个基板主体21。由此，基板12完成。
接下来，制造水晶振动元件16。通过AT切割对水晶的原石进行切出，得到长方形的板状的水晶片17。而且，根据需要，使用滚筒加工装置对水晶片17实施斜角加工。由此，将水晶片17的棱线附近削掉。
接下来，在水晶片17的表面形成外部电极97、98、和经由引出导体102、103与外部电极97、98电连接的激励电极100、101。此外，关于外部电极97、98、激励电极100、101以及引出导体102、103的形成，均为通常的工序，因此省略说明。由此，水晶振动元件16完成。
接下来，在基板主体21的上表面安装水晶振动元件16。具体而言，如图2以及图3所示，通过导电性粘合部件210将外部电极22和外部电极97粘合，并且通过导电性粘合部件212将外部电极26和外部电极98粘合。
接下来，在水晶片17的上表面上涂覆调整部件150。
接下来，密封封装件11。将盖14配置在基板12上以使盖14的开口的外缘位于绝缘部件50上。然后，通过将盖14以及基板12例如加热至190℃，从而使粘合部件30以及绝缘部件50熔融。此后，通过冷却盖14以及基板12，从而使粘合部件30以及绝缘部件50固化。由此，将封装件11密封。经由以上的工序，水晶振子10完成。
(效果)
根据本实施方式所涉及的水晶振子10，如以下说明的那样，能够抑制谐振频率的降低的产生。本申请发明人对专利文献1记载的压电振动部件的谐振频率降低的原因进行了研究。作为其结果，本申请发明人发现了原因是压电振动部件的振动电极与空气中的水分反应而使振动电极的重量变大。更详细而言，在专利文献1记载的压电振动部件中，通过树脂的粘合部件将帽与基板接合。因此，压电振动部件具有液密构造，但不具有气密构造。由此，液体(例如水)不能在压电振动部件外与压电振动部件内之间移动。但是，气体(例如水蒸气)能够在压电振动部件外与压电振动部件内之间移动。作为其结果，若压电振动部件在潮湿环境下使用，则压电振动部件内的湿度也上升。
此处，在压电振动部件中，压电振子包括压电片以及一对振动电极。一对振动电极分别设置于压电片的对置的两个主面，夹着压电片。这样的振动电极例如包括基底的铬层以及表面的金层。铬层直接形成在压电板的主面上。金层形成在铬层上。但是，金层的厚度非常薄。因此，若如上述那样大气中的湿度变高，则在压电振动部件的液密密封内进入较湿的大气。由此，内部空间内的水蒸气透过压电振动部件的金层的比率增加，到达至铬层的水分量增加。透过了表面的金层的水分与铬层反应，振动电极的铬层氧化等而重量增加。振动电极与压电片接触，因此压电片的振动也被传递至振动电极。因此，若振动电极的重量增加，则压电片难以振动。作为其结果，压电振子的谐振频率降低。
另外，导电性保持部件也与压电片接触，因此压电片的振动也被传递至导电性保持部件。而且，导电性保持部件也与振动电极同样地与水分反应，导电性保持部件的重量增加。由于导电性保持部件的变化，施加于压电振动元件的应力变化，压电振动元件的谐振频率降低。
这里，水晶振子10具备与水晶片17接触的调整部件150。调整部件150包含随着湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。由此，如以下说明的那样，能够抑制水晶振子10的谐振频率的降低。若空间Sp的湿度上升，则激励电极100、101内的铬层与水分反应，激励电极100、101的重量增加。同样地，导电性粘合部件210、212与水分反应，导电性粘合部件210、212的重量增加。这样的激励电极100、101以及导电性粘合部件210、212的重量的增加使水晶振子10的谐振频率降低。但是，若空间Sp的湿度上升，则调整部件150的挥发量增加，调整部件150的重量减少。这样的调整部件150的重量的减少使水晶振子10的谐振频率增加。作为其结果，能够抑制水晶振子10的谐振频率的降低。此外，挥发了的调整部件150伴随着时间经过向封装件11外散出。
另外，本申请发明人进一步对专利文献1记载的压电振动部件的谐振频率降低的原因进行了研究。作为其结果，本申请发明人发现了以下所说明的原因。具体而言，导电性保持部件若与空气中的水分反应则变形。若导电性保持部件变形，则压电片从导电性保持部件受到应力。这样的应力使压电振动部件的谐振频率降低。
这里，水晶振子10具备与水晶片17接触的调整部件150。调整部件150包含随着湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。由此，如以下说明的那样，能够抑制水晶振子10的谐振频率的降低。若空间Sp的湿度上升，则导电性粘合部件210、212与水分反应，导电性粘合部件210、212变形。这样的导电性粘合部件210、212的变形使水晶振子10的谐振频率降低。但是，若空间Sp的湿度上升，则调整部件150的挥发量增加，调整部件150的重量减少。这样的调整部件150的重量的减少使水晶振子10的谐振频率增加。作为其结果，能够抑制水晶振子10的谐振频率的降低。
(其他实施方式)
本发明所涉及的压电振子并不局限于上述水晶振子10，能够在其主旨的范围内变更。例如，水晶振动元件能够使用具备水晶片和激励电极的音叉型水晶振动元件，上述水晶片为以相对于作为水晶的结晶轴(Crystallographic Axis)而相互正交的X轴、Y轴以及Z轴以规定角度切出的水晶板作为基材的水晶片，并且具有基部和从基部延伸的至少一个振动臂，上述激励电极设置于振动臂以便产生弯曲振动。
此外，激励电极100、101中的至少任意一方包括紧贴层以及表面金属层(优选为金层)即可。
产业上的可利用性
如以上那样，本发明用于压电振子，特别是在抑制谐振频率的降低方面优异。
附图标记说明：10...水晶振子；11...封装件；12...基板；14...盖；16...水晶振动元件；17...水晶片；21...基板主体；30...粘合部件；50...绝缘部件；100、101...激励电极；150...调整部件；210、212...导电性粘合部件；Sp...空间。
Claims (21)
1.一种压电振子，具备：
保持器，其包括基板、盖以及将所述基板和所述盖接合的有机粘合部件；
压电振动元件，其被收纳于所述保持器内；以及
调整部件，其附加地设置于所述压电振动元件，并且包含随着湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。
2.根据权利要求1所述的压电振子，其中，
所述调整部件包含硅氧烷。
3.根据权利要求1或2所述的压电振子，其中，
所述压电振动元件包括：具有相互对置的第1主面以及第2主面的压电片；以及设置于所述第1主面以及所述第2主面以便隔着所述压电片对置的第1激励电极以及第2激励电极。
4.根据权利要求3所述的压电振子，其中，
所述第1激励电极以及所述第2激励电极中的至少一方包括：设置在所述压电片的所述第1主面以及第2主面上的紧贴层；以及设置在所述紧贴层上的表面金属层。
5.根据权利要求4所述的压电振子，其中，
所述紧贴层是由铬构成的层。
6.根据权利要求4或5所述的压电振子，其中，
所述表面金属层是由金构成的层。
7.根据权利要求1、2及4中的任意一项所述的压电振子，其中，
所述有机粘合部件是树脂粘合部件。
8.根据权利要求1、2、4及5中的任意一项所述的压电振子，其中，
所述压电振动元件通过导电性粘合部件支承于所述基板。
9.根据权利要求3所述的压电振子，其中，
所述压电片是具有规定的结晶方位的水晶。
10.根据权利要求8所述的压电振子，其中，
所述调整部件被包括于所述导电性粘合部件。
11.一种压电振子，具备：
保持器，其具有被液密密封的内部空间；
压电振动元件，其被收纳于所述保持器内；以及
调整部件，其附加地设置于所述压电振动元件，并且包含随着内部空间内的湿度变高而每单位时间以及每单位体积的挥发量增加的材料。
12.根据权利要求11所述的压电振子，其中，
所述保持器包括基板、盖以及将所述基板和所述盖接合的有机粘合部件。
13.根据权利要求11或12所述的压电振子，其中，
所述调整部件包含硅氧烷。
14.根据权利要求12所述的压电振子，其中，
所述压电振动元件包括：具有相互对置的第1主面以及第2主面的压电片；以及设置于所述第1主面以及所述第2主面以便隔着所述压电片对置的第1激励电极以及第2激励电极。
15.根据权利要求14所述的压电振子，其中，
所述第1激励电极以及所述第2激励电极中的至少一方包括：设置在所述压电片的所述第1主面以及第2主面上的紧贴层；以及设置在所述紧贴层上的表面金属层。
16.根据权利要求15所述的压电振子，其中，
所述紧贴层是由铬构成的层。
17.根据权利要求15或16所述的压电振子，其中，
所述表面金属层是由金构成的层。
18.根据权利要求12、14及15中的任意一项所述的压电振子，其中，
所述有机粘合部件是树脂粘合部件。
19.根据权利要求12、14、15及16中的任意一项所述的压电振子，其中，
所述压电振动元件通过导电性粘合部件支承于所述基板。
20.根据权利要求14～16中的任意一项所述的压电振子，其中，
所述压电片是具有规定的结晶方位的水晶。
21.根据权利要求19所述的压电振子，其中，
所述调整部件被包括于所述导电性粘合部件。
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