JP2005109741A - 圧電デバイスと圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents
圧電デバイスと圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 製品が小型化されても十分な耐衝撃性を備える圧電デバイスと、圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供すること。
【解決手段】 パッケージの底部を形成するベース基体３１と、前記ベース基体に積層された、枠付きの前記圧電振動片３２と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッド３３とを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部３６と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部３８と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕３４，３５と、前記基部３８の前記振動腕基端付近に設けられた第１の切り込み部２１，２１とを備えていて、かつ前記基部３８の前記枠部との接続箇所に設けた第２の切り込み部２２，２２を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 パッケージの底部を形成するベース基体３１と、前記ベース基体に積層された、枠付きの前記圧電振動片３２と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッド３３とを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部３６と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部３８と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕３４，３５と、前記基部３８の前記振動腕基端付近に設けられた第１の切り込み部２１，２１とを備えていて、かつ前記基部３８の前記枠部との接続箇所に設けた第２の切り込み部２２，２２を備える。
【選択図】 図１
Description
本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、パッケージ内に、例えば、図１１に示すような圧電振動片を収容している（特許文献１参照）。
図１１において、圧電振動片１は、全体が例えば水晶をエッチングして形成されており、基部１０と、この基部１０から平行に延びる一対の振動腕２，３を備える、所謂音叉型圧電振動片である。
各振動腕２，３には、それぞれ長さ方向に延びる溝２ａ，３ａが形成されており、これら溝内に駆動用の電極が形成されている（図示せず）。基部の外側端部の幅方向両端には、切り込み４，４が形成されている。
従来の圧電デバイスは、パッケージ内に、例えば、図１１に示すような圧電振動片を収容している（特許文献１参照）。
図１１において、圧電振動片１は、全体が例えば水晶をエッチングして形成されており、基部１０と、この基部１０から平行に延びる一対の振動腕２，３を備える、所謂音叉型圧電振動片である。
各振動腕２，３には、それぞれ長さ方向に延びる溝２ａ，３ａが形成されており、これら溝内に駆動用の電極が形成されている（図示せず）。基部の外側端部の幅方向両端には、切り込み４，４が形成されている。
このような、圧電振動片１は、例えば、図示しない箱状のパッケージ内に収容されて、パッケージの内側底部に接合される。パッケージの内側底部には、外部の端子と接続された電極部があり、この電極部の上に導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤の上に、圧電振動片１の基部１０をマウントし、硬化させる。この際に、基部１０の各引出し電極２ｂ，３ｂは、パッケージ側の互いに分離された電極部に、それぞれ導電性接着剤で接続されるようにすることで、電気的、機械的に接続固定される。
この場合、圧電振動片１における基部１０は、上述したように、パッケージ側への固定を行うための接合領域を形成するとともに、各振動腕２，３からの振動がパッケージ側へ伝わりにくくするために、ある程度の大きさを備えている。そして、圧電振動片１では、各振動腕２，３からの振動を伝わりにくくするために、基部１０には切り込み部４，４を形成している。
この場合、圧電振動片１における基部１０は、上述したように、パッケージ側への固定を行うための接合領域を形成するとともに、各振動腕２，３からの振動がパッケージ側へ伝わりにくくするために、ある程度の大きさを備えている。そして、圧電振動片１では、各振動腕２，３からの振動を伝わりにくくするために、基部１０には切り込み部４，４を形成している。
また、図１２に示すような圧電振動片５も知られている（特許文献２参照）。
この圧電振動片５は、矩形の枠部６を備えており、枠部６の内側に接続部７ａを介して、音叉型の振動片本体を一体に形成したものである。すなわち、枠部６の内面には、一体に形成した細い接続部７ａを介して基部７と、この基部７から平行に延びる振動腕８，９を備えている。
この圧電振動片５は、矩形の枠部６を備えており、枠部６の内側に接続部７ａを介して、音叉型の振動片本体を一体に形成したものである。すなわち、枠部６の内面には、一体に形成した細い接続部７ａを介して基部７と、この基部７から平行に延びる振動腕８，９を備えている。
ところが、図１１で説明した圧電振動片１は、その基部１０をパッケージの内側底面に接合させる構造であるため、圧電デバイスが小型化されると、パッケージに収容されるべき圧電振動片１も小さくなり、特に基部１０の引出し電極を電気的に分離した状態で、それぞれ導電性接着剤を用いて接合することは困難となる。つまり、パッケージの内側底面において、微細な間隔をおいて区分された電極部に対応して、これらを短絡しないように導電性接着剤を微量塗布する作業が困難となり、短絡を防止するために導電性接着剤の塗布量を制限する必要から、圧電振動片１の接合強度が不足することになる。
一方、図１２の圧電振動片５では、枠部６をパッケージの一部に用いて、絶縁性の基板（図示せず）とリッド（図示せず）との間に圧電振動片５を挟み込んで固定することで、圧電振動片のパッケージ内での接合構造を採用しなくて済む。このため図１１の圧電振動片１を用いる場合の上述した欠点を回避できて、圧電デバイスの小型化には有利である。しかしながら、図１２の圧電振動片５は、パッケージの一部として用いられ固定状態となる枠部６と、圧電作用により屈曲振動する振動片本体とを、きわめて細い接続部７ａを介して接続することにより、振動片本体の動きをできるだけ妨げないようにした結果、外部から衝撃を受けた場合には、極端に細い接続部７ａに応力が集中し、破損する危険がある。このため、十分な耐衝撃性を備えた圧電デバイスを形成しにくいという問題がある。
これに対して、破損をさけるため、図１２の圧電振動片５において、接続部７ａを形成せずに、枠部６の内面に接続部７ａよりも幅の大きな基部７を直接形成する場合には、この基部７は十分な長さと大きさを備えなければ、振動片本体の動きを妨げる。しかも本発明者らによれば、このような構造の圧電振動片を用いて圧電デバイスを形成した場合、これを落下試験したところ、外部からの衝撃は、パッケージの一部に使用した枠部６および基部７を介して、振動片本体に伝わり、図１３に示すような影響が出ることが判明した。すなわち、図１３（ａ）は落下衝撃による圧電デバイスのＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の増大の様子を示し、図１３（ｂ）は落下衝撃による圧電デバイスの周波数変化を示している。図中のＸ，Ｙ，Ｚは図１１の各矢印で示す方向を表しており、落下試験における落下の方向を示す。図示されているように、圧電デバイスの性能に大きな悪影響がみられる。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、製品が小型化されても十分な耐衝撃性を備える圧電デバイスと、圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
上述の目的は、第１の発明にあっては、パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスであって、前記パッケージの底部を形成するベース基体と、前記ベース基体に積層された、枠付きの前記圧電振動片と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッドとを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部とを備えていて、かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える、圧電デバイスにより、達成される。
第１の発明の構成によれば、この発明の圧電デバイスでは、枠付きの振動片が用いられ、その枠部がパッケージの内側の空間を囲む壁部を構成し、この枠部の内面に、基部と、基部から延びる複数の振動腕でなる振動片本体が一体に形成されている。このため、圧電振動片をパッケージ内に接着剤で接合する作業が不要であるから、小型化が容易である。
しかも、振動片本体は、枠部に対して、極端に細い接続部で接続されることなく、枠部からは比較的幅寸法のある基部が延びているので、従来のように極端に構造的に弱い箇所がなく、外部からの衝撃による応力が集中しやすく損傷し易い箇所がない。
また、前記基部の前記振動腕基端付近には、第１の切り込み部を備えることにより、振動腕側からの振動漏れが基部側に伝わることを効果的に抑制することができる。
しかも、振動片本体は、枠部に対して、極端に細い接続部で接続されることなく、枠部からは比較的幅寸法のある基部が延びているので、従来のように極端に構造的に弱い箇所がなく、外部からの衝撃による応力が集中しやすく損傷し易い箇所がない。
また、前記基部の前記振動腕基端付近には、第１の切り込み部を備えることにより、振動腕側からの振動漏れが基部側に伝わることを効果的に抑制することができる。
さらに、前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を形成している。すなわち、この圧電デバイスでは、枠部がパッケージの外壁を構成することから、落下などにより衝突の衝撃が枠部に強く作用する。この場合、上述したように、細い接続部がないので、比較的幅寸法のある基部がよく衝撃に耐えて、損傷を防止するだけでなく、第２の切り込み部は、振動片本体側に伝えられる前記衝撃に基づく枠部の歪み応力を減少させることにより、ＣＩ値変化や周波数変化を有効に防止することができる。
かくして、本発明によれば、製品が小型化されても十分な耐衝撃性を備える圧電デバイスを提供することができる。
かくして、本発明によれば、製品が小型化されても十分な耐衝撃性を備える圧電デバイスを提供することができる。
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記切り込み部の幅方向の寸法が、前記基部の幅方向の寸法の２５パーセントないし７５ーセントであることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記切り込み部の幅方向の寸法が、前記基部の幅方向の寸法の２５パーセントに満たないと、耐衝撃性を得るに足る強度が不足する。しかしながら、前記切り込み部の幅方向の寸法が、前記基部の幅方向の寸法の７５パーセントを超えると枠部に作用した衝撃による歪み応力の振動片本体側への伝達を十分な程度に減少させることができない。
第２の発明の構成によれば、前記切り込み部の幅方向の寸法が、前記基部の幅方向の寸法の２５パーセントに満たないと、耐衝撃性を得るに足る強度が不足する。しかしながら、前記切り込み部の幅方向の寸法が、前記基部の幅方向の寸法の７５パーセントを超えると枠部に作用した衝撃による歪み応力の振動片本体側への伝達を十分な程度に減少させることができない。
第３の発明は、第１の発明の構成において、前記基部の幅方向の寸法が、５００μｍより小さいことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、基部の幅方向の寸法が、５００μｍより大きい場合には、基部の電極部を導電性接着剤により接合をさけて短絡を防止する作業に大きな困難性がなく、このような構造を採用する利点がない。
第３の発明の構成によれば、基部の幅方向の寸法が、５００μｍより大きい場合には、基部の電極部を導電性接着剤により接合をさけて短絡を防止する作業に大きな困難性がなく、このような構造を採用する利点がない。
第４の発明は、第１ないし第３の発明の構成において、前記圧電振動片の前記振動腕には長さ方向に延びる溝が形成されており、溝内に駆動用の電極を形成したことを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、振動腕に溝を形成し駆動用の電極を設けることにより振動腕を構成する圧電材料の内部に効果的に電界を形成して励振することができる。
第４の発明の構成によれば、振動腕に溝を形成し駆動用の電極を設けることにより振動腕を構成する圧電材料の内部に効果的に電界を形成して励振することができる。
上述の目的は、第５の発明にあっては、パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスであって、前記パッケージの底部を形成するベース基体と、前記ベース基体に接合された枠付きの前記圧電振動片と、前記枠付きの振動片を前記ベース基体に接合した状態で、枠付きの振動片をパッケージ内部に収容して気密に封止するリッドとを有しており、前記枠付きの振動片が、矩形の枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部とを備えていて、かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える、圧電デバイスにより、達成される。
第５の発明の構成によれば、枠付きの振動片における振動片本体は、枠部に対して、極端に細い接続部で接続されることなく、枠部からは比較的幅寸法のある基部が延びているので、従来のように極端に構造的に弱い箇所がなく、外部からの衝撃による応力が集中しやすく損傷し易い箇所がない。
また、前記基部の前記振動腕基端付近には、第１の切り込み部を備えることにより、振動腕側からの振動漏れが基部側に伝わることを効果的に抑制することができる。
さらに、前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を形成している。すなわち、この圧電デバイスでは、パッケージ内に枠付きの振動片を収容しているが、枠部を利用してパッケージに対して接合することができ、小さな振動片本体の基部を接合することに比べると、接合作業がきわめて容易である。しかも、落下などの衝撃が、パッケージに接合された枠部に伝えられるが、振動片本体は、上述したような、細い接続部がないので、比較的幅寸法のある基部がよく衝撃に耐えて、損傷を防止するだけでなく、第２の切り込み部は、振動片本体側に伝えられる前記衝撃に基づく枠部の歪み応力を減少させることにより、ＣＩ値変化や周波数変化を有効に防止することができる。
また、前記基部の前記振動腕基端付近には、第１の切り込み部を備えることにより、振動腕側からの振動漏れが基部側に伝わることを効果的に抑制することができる。
さらに、前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を形成している。すなわち、この圧電デバイスでは、パッケージ内に枠付きの振動片を収容しているが、枠部を利用してパッケージに対して接合することができ、小さな振動片本体の基部を接合することに比べると、接合作業がきわめて容易である。しかも、落下などの衝撃が、パッケージに接合された枠部に伝えられるが、振動片本体は、上述したような、細い接続部がないので、比較的幅寸法のある基部がよく衝撃に耐えて、損傷を防止するだけでなく、第２の切り込み部は、振動片本体側に伝えられる前記衝撃に基づく枠部の歪み応力を減少させることにより、ＣＩ値変化や周波数変化を有効に防止することができる。
上述の目的は、第６の発明にあっては、 パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記パッケージの底部を形成するベース基体と、前記ベース基体に積層され、枠付きの前記圧電振動片と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッドとを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部とを備えていて、かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
上述の目的は、第７の発明にあっては、 パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記パッケージの底部を形成するベース基体と、前記ベース基体に積層され、枠付きの前記圧電振動片と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッドとを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部とを備えていて、かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
図１ないし図３は、本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線切断端面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片を収容している。
具体的には、圧電デバイス３０は、ベース基体３１と、このベース基体３１の上に積層固定された枠付き振動片３２と、この枠付き振動片３２の上に積層固定されたリッド３３とを有している。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３７内に圧電振動片を収容している。
具体的には、圧電デバイス３０は、ベース基体３１と、このベース基体３１の上に積層固定された枠付き振動片３２と、この枠付き振動片３２の上に積層固定されたリッド３３とを有している。
上記パッケージ３７は、この圧電デバイス３０では、圧電振動片を気密に収容するもので、ベース基体３１と、枠付き振動片３２の枠部分と、リッド３３を含んで構成されている。すなわち、パッケージ３７は、ベース基体３１に枠付き振動片３２を重ね、さらにその上にリッド３３を積層して接合したものである。
ベース基体３１は、パッケージ３７の底部を形成するものである。このベース基体３１は絶縁材料で形成され、セラミックが適している。特に、好ましい材料としては後述する枠付き振動片３２やリッド３３の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、この実施形態では、例えば、ガラスセラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
ベース基体３１は、パッケージ３７の底部を形成するものである。このベース基体３１は絶縁材料で形成され、セラミックが適している。特に、好ましい材料としては後述する枠付き振動片３２やリッド３３の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、この実施形態では、例えば、ガラスセラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
この実施形態では、例えば、ガラス、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、バインダーをミキシングして得られるグリーンシートを使用している。
具体的には、ガラスセラミックは、後述する枠付き振動片３２の材料として、水晶のＺ板が用いられることから、その熱膨張係数である１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）に適合させるため、ガラス成分７０パーセント程度、フォルステライト３０パーセント程度の重量比とされている。このガラス成分は、例えば、ＳｉＯ２が８０パーセント、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ，Ｋのいずれかから選ばれる一種以上のもの）が１２パーセント、Ｐ２Ｏ５が８パーセントとすることができる。
具体的には、ガラスセラミックは、後述する枠付き振動片３２の材料として、水晶のＺ板が用いられることから、その熱膨張係数である１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）に適合させるため、ガラス成分７０パーセント程度、フォルステライト３０パーセント程度の重量比とされている。このガラス成分は、例えば、ＳｉＯ２が８０パーセント、Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ，Ｋのいずれかから選ばれる一種以上のもの）が１２パーセント、Ｐ２Ｏ５が８パーセントとすることができる。
枠付き振動片３２は、図１および図２を参照して理解されるように、振動片本体３９と、この振動片本体の周囲を矩形の枠状に包囲する、振動片本体３９と一体の枠部３６とを有している。枠付き振動片３２の材料としては、圧電材料として、例えば、水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この実施形態では、具体的には、水晶Ｚ板でなるウエハーを、例えば、フッ酸溶液を用いてウエットエッチングしたり、あるいはドライエッチングすることで、図示の形状に形成されている。ここで、水晶Ｚ板の熱膨張係数は、１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）である。
振動片本体３９は、図１および図２を参照して理解されるように、枠部３６と一体とされた基部３８から、図において右方に平行に延びる複数、この場合には、一対の振動腕３４，３５を備えている。図３に示すように、各振動腕３４，３５の表裏面（図２では上下の各面）には、各振動腕の長さ方向に延びる長溝１１，１１，１２，１２が形成されている。各振動腕３４，３５の長溝１１，１１，１２，１２内には、励振電極１３，１４が形成されている。励振電極１３と励振電極１４はともに基部３８に延長されて対をなし、互いに異極として機能する電極で、振動片本体３９の内部に効率よく電解を形成するものである。このため、図１に示すように、各振動腕３４，３５においては、長溝１１，１１，１２，１２内に一方の電極が、各振動腕３４，３５の側面部には、他方の電極が配置されている。
さらに、振動片本体３９の基部３８の各振動腕３４，３５の基端部近傍には、基部３８の幅方向の寸法を小さくすることで形成した第１の凹部もしくは切欠き部２１，２１が形成されている。また、基部３８の枠付き振動片部３８に対する一体の接合箇所には基部３８の幅方向の寸法を小さくすることで形成した第２の凹部もしくは切欠き部２２，２２が形成されている。これら第１および第２の切欠き部２１，２２は、水晶ウエハをエッチングして枠付き振動片３２の外形を形成する際に同時に形成される。
さらに、振動片本体３９の基部３８の各振動腕３４，３５の基端部近傍には、基部３８の幅方向の寸法を小さくすることで形成した第１の凹部もしくは切欠き部２１，２１が形成されている。また、基部３８の枠付き振動片部３８に対する一体の接合箇所には基部３８の幅方向の寸法を小さくすることで形成した第２の凹部もしくは切欠き部２２，２２が形成されている。これら第１および第２の切欠き部２１，２２は、水晶ウエハをエッチングして枠付き振動片３２の外形を形成する際に同時に形成される。
図１に示されているように、枠付き振動片３２においては基部３８に延長された励振電極１３が、左方の端部に引き回されて、幅方向に拡がる導電パターン１３ａが設けられている。この導電パターン１３ａは枠付き振動片部３６の表裏に形成されている。また、基部３８に延長された励振電極１４は、枠部３６に沿った引き回し部１４ｂを介して、右方の端部に引き回され、幅方向に拡がる導電パターン１４ａが形成されている。この導電パターン１４ａは枠付き振動片部３６の表裏に形成されている。
そして、図２に示すように、ベース基体３１の裏面（底面）には、その長さ方向の端部に実装端子４７，４８が形成されている。これに関連して、図１に示されているように、パッケージ３７の四隅には、１／４円の凹部であるキャスタレーション部１６，１６，１６，１６が、その厚み方向に延びており、これらの表面には導電パターン１６ａ，１６ａ，１６ａ，１６ａが形成されている。
かくして、振動片本体３９の各励振電極１３，１４は、導電パターン１３ａ，１４ａ，１４ｂおよび各キャスタレーション部１６の導電パターン１６ａを、導電ペーストやスパッタ、メッキ等のメタライズにより導通させることにより、各実装端子４７，４８と電気的に接続されることになる。
そして、図２に示すように、ベース基体３１の裏面（底面）には、その長さ方向の端部に実装端子４７，４８が形成されている。これに関連して、図１に示されているように、パッケージ３７の四隅には、１／４円の凹部であるキャスタレーション部１６，１６，１６，１６が、その厚み方向に延びており、これらの表面には導電パターン１６ａ，１６ａ，１６ａ，１６ａが形成されている。
かくして、振動片本体３９の各励振電極１３，１４は、導電パターン１３ａ，１４ａ，１４ｂおよび各キャスタレーション部１６の導電パターン１６ａを、導電ペーストやスパッタ、メッキ等のメタライズにより導通させることにより、各実装端子４７，４８と電気的に接続されることになる。
ここで、枠付き振動片３２の各電極は、水晶ウエハのエッチング後に、例えば、クロムおよび金を順次蒸着またはスパッタリングにより成膜することにより形成されている。また、ベース基体３１の電極部や導電パターンは、上述したグリーンシートを用いて、これを成形した後で、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストを塗布し、グリーンシートの焼成後に、例えば、ニッケル、金を順次メッキすることにより、形成される。あるいは、厚みの薄いグリーンシートにより形成されるベース基体３１の反りを防止するためには、成形後のグリーンシートを焼成後に、銅ペーストのような導電ペーストを塗布し、乾燥させた後、メッキを行うようにしてもよい。
リッド３３は、枠付き振動片３２の上に固定され、振動片本体３９を収容した空間Ｓを気密に封止するものである。リッド３３として使用可能な材料は、好ましくは、リッド封止後の周波数調整において、外部から照射されるレーザ光を透過できる透明な材料であることが必要で、水晶やガラスが使用できる。水晶である場合には、枠付き振動片３２と同じ水晶Ｚ板が使用される。ガラスである場合には、水晶Ｚ板の熱膨張係数である１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）とほぼ一致した透明な材料を選択する。このような材料としては、例えば、通常のソーダガラスや、硼珪酸ガラスではなく、高膨張ガラスが使用される。すなわち、高膨張ガラスの成分比を調整することにより、その熱膨張係数を、上述した１３．８ｐｐｍ／一度（摂氏）に適合させる。
ここで、ベース基体３１と、枠付き振動片３２、そして、この枠付き振動片３２とリッド３３とは封止材４９，４９により接合されている。
この場合、封止材４９，４９は、好ましくは低融点ガラスにより形成されている。この低融点ガラスの封止材４９，４９は、フィラーを含有することにより、このフィラーがスペーサとして機能し、図２に示すように、パッケージ３７の内部空間Ｓにおいて、振動片本体３９の上下に、所定のギャップＧ１，Ｇ２を形成することができる。これにより、振動片本体３９は、リッド３３やベース基体３１の内面と当接しないで、必要な振動を支障無く行うことができる。
この場合、封止材４９，４９は、好ましくは低融点ガラスにより形成されている。この低融点ガラスの封止材４９，４９は、フィラーを含有することにより、このフィラーがスペーサとして機能し、図２に示すように、パッケージ３７の内部空間Ｓにおいて、振動片本体３９の上下に、所定のギャップＧ１，Ｇ２を形成することができる。これにより、振動片本体３９は、リッド３３やベース基体３１の内面と当接しないで、必要な振動を支障無く行うことができる。
本実施形態の圧電デバイス３０は以上のように構成されおり、圧電デバイス３０では、枠付きの振動片３２が用いられ、その枠部３６がパッケージ３７の内側の空間Ｓを囲む壁部を構成し、この枠部３６の内面に、基部３８と、基部３８から延びる一対の振動腕３４，３５でなる振動片本体３９が一体に形成されている。このため、圧電振動片をパッケージ内に接着剤で接合する作業が不要であるから、小型化が容易である。
しかも、振動片本体３９は、枠部３６に対して、図１２で説明した従来例のように、極端に細い接続部で接続された構造的に弱い箇所がなく、外部からの衝撃による応力が集中しやすく損傷し易い箇所がない。
しかも、振動片本体３９は、枠部３６に対して、図１２で説明した従来例のように、極端に細い接続部で接続された構造的に弱い箇所がなく、外部からの衝撃による応力が集中しやすく損傷し易い箇所がない。
また、基部３８には、第１の切り込み部２１，２１を備えることにより、振動腕３４，３５側からの振動漏れが基部３８側に伝わることを効果的に抑制することができる。
さらに、基部３８の枠部３６との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより寸法Ｗ２でなる第２の切り込み部２２，２２を形成している。
すなわち、この圧電デバイス３０では、枠部３６がパッケージ３７の外壁を構成することから、落下などにより衝突の衝撃が枠部３６に強く働く。この場合、上述したように、細い接続部がないので、比較的幅寸法のある基部３８がよく衝撃に耐えて、損傷を防止するだけでなく、第２の切り込み部２２，２２は、振動片本体３９側に伝えられる衝撃に基づく枠部３６の歪み応力を減少させる。
さらに、基部３８の枠部３６との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより寸法Ｗ２でなる第２の切り込み部２２，２２を形成している。
すなわち、この圧電デバイス３０では、枠部３６がパッケージ３７の外壁を構成することから、落下などにより衝突の衝撃が枠部３６に強く働く。この場合、上述したように、細い接続部がないので、比較的幅寸法のある基部３８がよく衝撃に耐えて、損傷を防止するだけでなく、第２の切り込み部２２，２２は、振動片本体３９側に伝えられる衝撃に基づく枠部３６の歪み応力を減少させる。
図４は、図１のＣ−Ｃ線断面を表し、枠付き振動片部３６に外部からの衝撃が加えられた場合の力Ｆ，Ｆとの関係を示す説明図である。外部からの衝撃により、枠部３６に加えられる歪みに対応した力が、Ｗ１の幅でなる基部３８に伝えられた場合の大きさをＦとすると、第２の切り込み部２２，２２を設けることにより、縮幅された寸法Ｗ２を伝わる場合には、Ｆ２の大きさに減少する。つまり、枠部３６に外部からの衝撃により加えられた歪み応力は、第２の切り込み部２２，２２の作用により減少されて、基部３８側へ伝えられるので、振動片本体３９（図１参照）が破損することを有効に防止することができる。尚、図４は原理を理解するための説明図であるから、図１の各部の寸法縮尺と正確に一致させたものではない。
かくして、圧電デバイス３０によれば、製品が小型化されても十分な耐衝撃性を備えることができる。
ここで、図１の実施形態の圧電デバイス３０では、その周波数が例えば、３０ないし４０ｋＨｚ（キロヘルツ）、各振動腕３４，３５の腕幅Ｗ４を５０ないし１５０μｍとした場合であって、第２の切り込み部２２，２２の幅方向の寸法Ｗ２が、基部３８の幅方向の寸法Ｗ１の２５パーセントに満たないと、耐衝撃性を得るに足る強度が不足する。しかしながら、第２の切り込み部２２，２２の幅方向の寸法Ｗ２が、基部３８の幅方向の寸法Ｗ１の７５パーセントを超えると枠部に作用した衝撃による歪み応力の振動片本体３９側への伝達を十分な程度に減少させることができない。
さらに、基部３８の幅方向の寸法Ｗ１は５００μｍ未満であることが好ましい。寸法Ｗ１が、５００μｍより大きい場合には、基部の電極部を導電性接着剤により接合をさけて短絡を防止する作業に大きな困難性がなく、このような構造を採用する利点がない。
ここで、図１の実施形態の圧電デバイス３０では、その周波数が例えば、３０ないし４０ｋＨｚ（キロヘルツ）、各振動腕３４，３５の腕幅Ｗ４を５０ないし１５０μｍとした場合であって、第２の切り込み部２２，２２の幅方向の寸法Ｗ２が、基部３８の幅方向の寸法Ｗ１の２５パーセントに満たないと、耐衝撃性を得るに足る強度が不足する。しかしながら、第２の切り込み部２２，２２の幅方向の寸法Ｗ２が、基部３８の幅方向の寸法Ｗ１の７５パーセントを超えると枠部に作用した衝撃による歪み応力の振動片本体３９側への伝達を十分な程度に減少させることができない。
さらに、基部３８の幅方向の寸法Ｗ１は５００μｍ未満であることが好ましい。寸法Ｗ１が、５００μｍより大きい場合には、基部の電極部を導電性接着剤により接合をさけて短絡を防止する作業に大きな困難性がなく、このような構造を採用する利点がない。
図５（ａ）は落下衝撃による図１の圧電デバイス３０のＣＩ値の様子を示し、図５（ｂ）は落下衝撃による圧電デバイス３０の周波数変化を示している。図中のＸ，Ｙ，Ｚは図１の各矢印で示す方向を表しており、落下試験における落下の方向を示す。図示されているように、圧電デバイス３０は、極めて良好な耐衝撃性を備えている。
また、図１に符号ＢＬで示す基部３８の長さは、図１１で説明したタイプの圧電振動片で、５５０μｍ程度であったものが、図１の枠付き振動片３２では、ＢＬを４００μｍ程度としても、従来のＣＩ値である４５ｋΩ（偏差２ｋΩ）とほぼ同等とすることができた。これは、枠付き振動片部３６をパッケージ３７と一体に固定したことで、従来の図１１のタイプの圧電振動片と比べると、振動腕からより離れた箇所が固定できるためであると考えられる。
また、図１に符号ＢＬで示す基部３８の長さは、図１１で説明したタイプの圧電振動片で、５５０μｍ程度であったものが、図１の枠付き振動片３２では、ＢＬを４００μｍ程度としても、従来のＣＩ値である４５ｋΩ（偏差２ｋΩ）とほぼ同等とすることができた。これは、枠付き振動片部３６をパッケージ３７と一体に固定したことで、従来の図１１のタイプの圧電振動片と比べると、振動腕からより離れた箇所が固定できるためであると考えられる。
図６および図７は圧電デバイスの第２の実施形態を示しており、図６はその概略平面図、図７は図６のＤ−Ｄ線概略断面図である。
これらの図において、第１の実施形態の圧電デバイス３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
第２の実施形態に係る圧電デバイス６０は、第１の実施形態で説明した枠付き振動片３２をパッケージ３７−１内に収容した構成である。
これらの図において、第１の実施形態の圧電デバイス３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
第２の実施形態に係る圧電デバイス６０は、第１の実施形態で説明した枠付き振動片３２をパッケージ３７−１内に収容した構成である。
パッケージ３７−１は、絶縁材料で形成した矩形の箱状の形態であり、例えば、第１の基板５１と、第２の基板５２と、第３の基板５３とを順次積層して形成されており、ほぼ中央付近に貫通孔４３が形成されている。この第１の基板５１と第２の基板５２とがベース基体を構成する。また貫通孔４３は、製造工程において、アニール処理を行い、パッケージ３７−１中のガスを排出する機能を有するもので、この実施形態では、貫通孔は第１の基板５１に形成された第１の孔４４と、第２の基板５２に形成され第１の孔４４よりも小径の第２の孔４５とを有しており、第１の孔４４と第２の孔４５とは連通されている。そして、貫通孔４３は図示するような段付き孔とされて、脱ガス後に金属封止材４６を充填することにより塞がれている。
絶縁基体である第２の基板５２の表面は、パッケージ３７−１の内側底面に相当し、その長さ方向の両端部にはそれぞれ電極部５４，５５が形成されている。この電極部５４，５５は導電スルーホール４７ａ，４８ａにより各実装端子４７，４８に接続されている。
尚、電極部５４，５５は第１の実施形態と同様にして実装端子４７，４８と接続してもよい。
電極部５４，５５の上には、導電性接着剤１５，１５を塗布し、その上に枠部３６に形成した導電パターンをマウントして接合されている。ここで、枠付き振動片３２は図１で示したのと同一の構成であり、細部の図示が省略されているが、電極部５４，５５に接続されるのは、図１で説明した導電パターン１３ａ，１４ａである。ここで、導電性接着剤１５としては、接合力を発揮する接着剤成分（バインダー成分）としての合成樹脂剤に、導電性のフィラー（銀製の細粒等の導電粒子を含む）および、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。
また、リッド３３は、封止材４９でパッケージ３７−１に接合されている。
本実施形態の圧電デバイス６０は、以上のように構成されており、第１の実施形態と比べると、枠付き振動片３２をパッケージ３７−１の内部に収容する構成とした分だけやや
大きなサイズとなるが、外部からの衝撃が枠部３６を介して、基部３８側へ伝えられることは、第２の切り込み部２２，２２により抑制される点は同じであり、基本的には第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
尚、電極部５４，５５は第１の実施形態と同様にして実装端子４７，４８と接続してもよい。
電極部５４，５５の上には、導電性接着剤１５，１５を塗布し、その上に枠部３６に形成した導電パターンをマウントして接合されている。ここで、枠付き振動片３２は図１で示したのと同一の構成であり、細部の図示が省略されているが、電極部５４，５５に接続されるのは、図１で説明した導電パターン１３ａ，１４ａである。ここで、導電性接着剤１５としては、接合力を発揮する接着剤成分（バインダー成分）としての合成樹脂剤に、導電性のフィラー（銀製の細粒等の導電粒子を含む）および、所定の溶剤を含有させたものが使用できる。
また、リッド３３は、封止材４９でパッケージ３７−１に接合されている。
本実施形態の圧電デバイス６０は、以上のように構成されており、第１の実施形態と比べると、枠付き振動片３２をパッケージ３７−１の内部に収容する構成とした分だけやや
大きなサイズとなるが、外部からの衝撃が枠部３６を介して、基部３８側へ伝えられることは、第２の切り込み部２２，２２により抑制される点は同じであり、基本的には第１の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
図８および図９は圧電デバイスの第３の実施形態を示しており、図８はその概略平面図、図９は図８のＥ−Ｅ線概略断面図である。
これらの図において、第１の実施形態の圧電デバイス３０や第２の実施形態の圧電デバイス６０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
第３の実施形態に係る圧電デバイス７０も、第２の実施形態同様に、枠付き振動片７２をパッケージ３７−１内に収容した構成である。
これらの図において、第１の実施形態の圧電デバイス３０や第２の実施形態の圧電デバイス６０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
第３の実施形態に係る圧電デバイス７０も、第２の実施形態同様に、枠付き振動片７２をパッケージ３７−１内に収容した構成である。
この実施形態の圧電デバイス７０が第２の実施形態の圧電デバイス６０と相違する点は、枠付き振動片７２の構成である。枠付き振動片７２の枠付き振動片部３６−１は、振動片本体３９を囲むように設けるのではなく、振動片本体３９の片側において、基部３８から、振動腕３４，３５と平行に延びるように形成されている点である。そして、図示しない励振電極から延長された導電パターンが枠付き振動片部３６−１の先端７３に設けられている。この導電パターンは、図１で説明した導電パターン１４ｂと同等のものである。また、基部３８側の枠付き振動片部３６−１にも、図１で説明した導電パターン１３ａと同じ構造のものが形成されている（図示せず）。
そして、図８および図９から明らかなように、基部３８の導電パターンの箇所と、枠付き振動片部３６−１の先端７３の箇所が導電性接着剤１５，１５により、ベース基体側の電極部５４，５５とそれぞれ接合されている。
そして、図８および図９から明らかなように、基部３８の導電パターンの箇所と、枠付き振動片部３６−１の先端７３の箇所が導電性接着剤１５，１５により、ベース基体側の電極部５４，５５とそれぞれ接合されている。
第３の実施形態の圧電デバイス７０は以上のように構成されており、第２の実施形態と同様の作用効果を発揮することができる他、枠付き振動片部３６−１は振動腕３４の片側にのみ設けられたロッド状のものであるから、第２の実施形態の矩形の枠部３６と比較すると、質量が少なく、その分外部から衝撃を受けた際のダメージを低減することができる。
図１０は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０や圧電デバイス６０，圧電デバイス７０等が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０等は、圧電デバイス３０等単体でなくても、圧電デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段（メモリ）３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０や圧電デバイス６０，圧電デバイス７０等が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０等は、圧電デバイス３０等単体でなくても、圧電デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した各実施形態に係る圧電デバイスを利用することができる。きわめて小型に形成しても外部からの衝撃に強いので、製品の信頼性が向上する。
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
また、この発明は、パッケージに被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
３０，６０，７０・・・圧電デバイス、３１・・・ベース基体、３２・・・枠付き振動片、３３・・・リッド、３４，３５・・・振動腕、３６，３６−１・・・枠部、３７・・・パッケージ、３９・・・振動片本体。
Claims (7)
- パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスであって、
前記パッケージの底部を形成するベース基体と、
前記ベース基体に積層された、枠付きの前記圧電振動片と、
前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッドと
を有しており、
前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部と
を備えていて、
かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - 前記切り込み部の幅方向の寸法が、前記基部の幅方向の寸法の２５パーセントないし７５パーセントであることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
- 前記基部の幅方向の寸法が、５００μｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動片の前記振動腕には長さ方向に延びる溝が形成されており、溝内に駆動用の電極を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
- パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスであって、
前記パッケージの底部を形成するベース基体と、
前記ベース基体に接合された枠付きの前記圧電振動片と、
前記枠付きの振動片を前記ベース基体に接合した状態で、枠付きの振動片をパッケージ内部に収容して気密に封止するリッドと
を有しており、
前記枠付きの振動片が、矩形の枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部と
を備えていて、
かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記パッケージの底部を形成するベース基体と、前記ベース基体に積層され、枠付きの前記圧電振動片と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッドとを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部とを備えていて、かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。 - パッケージ内に圧電振動片が収容された圧電デバイスを利用した電子機器あって、
前記パッケージの底部を形成するベース基体と、前記ベース基体に積層され、枠付きの前記圧電振動片と、前記枠付きの振動片に積層され前記パッケージの内側の空間を気密に封止するリッドとを有しており、前記枠付きの振動片が、前記パッケージの内部空間を包囲する壁部を構成する枠部と、この枠部の内面から所定幅で一体に形成された基部と、前記枠部の内側にて、前記基部から一方向に平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部の前記振動腕基端付近に設けられ前記基部の幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第１の切り込み部とを備えていて、かつ前記基部の前記枠部との接続箇所には、幅方向の寸法を小さくすることにより設けた第２の切り込み部を備える圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。
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