JP2005236563A - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device, portable telephone system using the piezoelectric device, and electronic equipment using the piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース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。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, and a mobile phone and an electronic apparatus using the piezoelectric device.
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や圧電ジャイロセンサー等において、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。
図10は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図である(特許文献1参照)。
図において、圧電振動片1は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ(図示せず)等に取付けられる矩形の基部2と、基部2から図において右方に延長された一対の振動腕3,4を備えており、これら振動腕の主面(表裏面)に溝3a,4aを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成したものである。
このような圧電振動片1においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕3,4の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
Piezoelectric vibrators and piezoelectrics in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems, and piezoelectric gyro sensors Piezoelectric devices such as oscillators are widely used.
FIG. 10 is a schematic plan view showing an example of a piezoelectric vibrating piece conventionally used in a piezoelectric device (see Patent Document 1).
In the figure, a piezoelectric vibrating
In such a
ところで、このような圧電振動片1は、振動腕3,4の屈曲振動に伴い、その振動が基部2側に伝搬し、基部2に固定された図示しないパッケージなどに漏れ込む。これにより、圧電振動片1では、CI(クリスタルインピ−ダンス)値の上昇を招くという問題がある。
これに対処するため、基部2には、そのパッケージなどへの固定箇所よりも振動腕側の位置に、切り込み5,6を形成するようにしている。
この切り込み5,6の作用により、振動腕3,4からの振動の漏れ込みが低減されるとともに、パッケージなどへは、導電性接着剤などを用いて固定することで、リジッドな固定を避け、パッケージなどへの振動の漏れ込みを抑制するようにしている。
By the way, in such a piezoelectric vibrating
In order to cope with this,
By the action of the
ところで、このような圧電振動片を搭載する各種機器の小型化が進展する中で、圧電振動片自体も極力小型化することが要請されている。
このため、図11に示す圧電振動片7のように、基部8自体も小型化される関係から、上述した導電性接着剤などの比較的柔軟な状態で硬化する固定手段は、塗布面積の減少から、次第に使用が困難となってきている。
すなわち、導電性接着剤を用いて、ある程度の接合強度を得るには、相応の塗布面積を必要とし、基部8が小型化されると、基部8に形成した図示しない引出し電極の短絡を避けながら、導電性接着剤を塗布することは難しくなってきている。
By the way, with the progress of miniaturization of various devices equipped with such a piezoelectric vibrating piece, the piezoelectric vibrating piece itself is required to be miniaturized as much as possible.
For this reason, since the
That is, in order to obtain a certain degree of bonding strength using a conductive adhesive, a corresponding coating area is required, and when the
このため、図11のように、基部8の振動腕9,10からできるだけ離れた端部に、バンプ11,12等を用いて電気的、機械的接続をおこなうことが考えられる。尚、図11の基部8では切り込み部の図示は省略されている。
図12は、このような圧電振動片7の屈曲振動に際して、基部における応力分布を示した図である。図示されているように、固定箇所である各バンプの位置には、振動腕からの振動が比較的大きく伝わっており、基部8をパッケージ側などの保持側へリジッドに固定すると、パッケージなどへの振動漏れも大きくなってしまう。
For this reason, as shown in FIG. 11, it is conceivable to perform electrical and mechanical
FIG. 12 is a diagram showing the stress distribution at the base during bending vibration of the piezoelectric vibrating
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型に形成しても固定側への振動漏れを抑制することができ、CI値を低く抑えることができる圧電振動片と圧電デバイス、ならびに圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even if it is formed in a small size, a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device that can suppress vibration leakage to the fixed side and can keep the CI value low. An object of the present invention is to provide a mobile phone and an electronic device using a piezoelectric device.
上述の目的は、第1の発明にあっては、圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、前記貫通溝の内側に画されたアイランド部とを備えており、前記アイランド部の箇所で、保持側に接合される構成とした圧電振動片により、達成される。 According to the first aspect of the present invention, a base having a predetermined area and width formed of a piezoelectric material and a plurality of vibrations extending integrally from one end of the base and parallel to each other are provided. An arm, a through groove formed so as to extend from the vicinity of the one end of the base portion along both side edges in the width direction so as to leave at least the material near the one end of the base portion, and an inner side of the through groove. This is achieved by a piezoelectric vibrating piece that is configured to be joined to the holding side at the island portion.
第1の発明の構成によれば、複数の振動腕を備える圧電振動片の基部が、その振動腕側の一端の材料を残して、この一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びる貫通溝を有している。この貫通溝の内側には、アイランド部が残され、このアイランド部は基部の他端側でこの基部と一体である。このアイランド部はパッケージ側などの固定側への固定用に用いられるベース部となる。
このため、振動腕の屈曲振動により生じた振動は、基部の前記一端の残された材料の部分に伝えられる。この振動は前記貫通溝に阻まれて、そのまま基部を伝わらずに、両側縁を回り込んで、他端側に達し、そこから前記アイランド部に向かう。このため、従来と比べると振動が基部を伝わる経路が長くなり、その分漏れてくる振動が減衰される。
かくして、振動漏れは十分に抑制されるから、小型に形成しても固定側への振動漏れを抑制することができ、CI値を低く抑えることができる圧電振動片を提供することができる。
According to the configuration of the first invention, the base portion of the piezoelectric vibrating piece having a plurality of vibrating arms leaves a material at one end on the vibrating arm side, and extends from the vicinity of one end along both side edges in the width direction. have. An island portion is left inside the through groove, and the island portion is integral with the base portion on the other end side of the base portion. This island portion becomes a base portion used for fixing to a fixed side such as a package side.
For this reason, the vibration generated by the bending vibration of the vibrating arm is transmitted to the remaining material portion at the one end of the base. This vibration is blocked by the through-groove and does not pass through the base as it is, but wraps around both side edges, reaches the other end, and then travels toward the island. For this reason, compared with the conventional case, the path through which the vibration propagates through the base becomes longer, and the leaking vibration is attenuated accordingly.
Thus, since vibration leakage is sufficiently suppressed, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece that can suppress vibration leakage to the stationary side even if it is formed in a small size, and can keep the CI value low.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記貫通溝が前記基部の前記一端に近接して幅方向に延びる第1の貫通溝と、この第1の貫通溝の両端で結合され、さらに前記基部の他端側へそれぞれ延びる第2の貫通溝とを備えることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、前記貫通溝が前記第1の貫通溝と第2の貫通溝からなる形状とされることで、前記基部内に適切な大きさのアイランド部を設けることができ、このアイランド部に所定の大きさの面積が確保されることで、保持側であるパッケージやケースへの接合が容易となる。
According to a second invention, in the configuration of the first invention, the through groove is coupled to the first through groove extending in the width direction in the vicinity of the one end of the base portion, at both ends of the first through groove, And a second through groove extending to the other end side of the base portion.
According to the structure of 2nd invention, the said through-groove is made into the shape which consists of a said 1st through-groove and a 2nd through-groove, and can provide the island part of a suitable magnitude | size in the said base. In addition, since an area of a predetermined size is secured in the island portion, it is easy to join the package or case on the holding side.
第3の発明は、第2の発明の構成において、前記第1の貫通溝の両端部において、前記各第2の貫通溝との境界となる角部がテーパ状もしくは曲線状とされていることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、前記第1の貫通溝の両端部において、前記各第2の貫通溝との境界となる角部がテーパ状もしくは曲線状であるから、前記基部に対する歪み応力を緩和することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect of the present invention, corners that are boundaries with the respective second through grooves are tapered or curved at both ends of the first through grooves. It is characterized by.
According to the configuration of the third aspect of the invention, since the corners that are boundaries with the respective second through grooves are tapered or curved at both ends of the first through grooves, the strain stress on the base portion Can be relaxed.
第4の発明は、第2または3の発明のいずれかの構成において、前記第2の貫通溝と前記アイランド部との境界である角部がテーパ状もしくは曲線状とされていることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、前記第2の貫通溝と前記アイランド部との境界である角部がテーパ状もしくは曲線状とされているから、前記基部に対する歪み応力を緩和することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the second and third aspects of the invention, a corner that is a boundary between the second through groove and the island is tapered or curved. To do.
According to the configuration of the fourth aspect of the invention, since the corner portion that is the boundary between the second through groove and the island portion is tapered or curved, the strain stress on the base portion can be relaxed. .
第5の発明は、第1ないし4のいずれかの発明の構成において、前記アイランド部の前記振動腕よりの端部付近が前記接合箇所とされていることを特徴とする。
第5の発明の構成によれば、前記アイランド部の前記端部付近を接合箇所とすることで、振動腕から当該接合箇所までの距離を可能な限り遠くすることができる。
A fifth invention is characterized in that, in the configuration of any one of the first to fourth inventions, the vicinity of the end portion of the island portion from the vibrating arm is the joining portion.
According to the structure of 5th invention, the distance from the vibrating arm to the said joint location can be made as long as possible by making the said edge part vicinity of the said island part into a junction location.
第6の発明は、第1ないし5のいずれかの発明の構成において、前記接合箇所が、バンプ接合されることを特徴とする。
第6の発明の構成によれば、バンプ接合とすることにより、圧電振動片が小型化された場合にも電気的、機械的接合を可能とし、しかも十分な接合強度を得ることができる。
A sixth invention is characterized in that, in the configuration of any one of the first to fifth inventions, the joining portion is bump-joined.
According to the configuration of the sixth aspect of the invention, bump bonding enables electrical and mechanical bonding even when the piezoelectric vibrating piece is miniaturized, and sufficient bonding strength can be obtained.
第7の発明は、第2ないし6の発明のいずれかの構成において、前記基部の前記第1の貫通溝の幅方向両端部から内側の領域において、前記振動腕の基端側から前記アイランド部に向かって所定の厚みで僅かに突出する振動相殺部を備えることを特徴とする。
第7の発明の構成によれば、前記振動相殺部を設けることにより、各振動腕からの逆位相の振動を前記振動相殺部の箇所で相殺することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration of any one of the second to sixth aspects of the invention, the island portion from the base end side of the resonating arm in the region inside the width direction end of the first through groove of the base portion. A vibration canceling portion that slightly protrudes toward the surface with a predetermined thickness is provided.
According to the configuration of the seventh invention, by providing the vibration canceling unit, it is possible to cancel the vibrations of the opposite phase from each vibrating arm at the position of the vibration canceling unit.
また、上述の目的は、第8の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、前記貫通溝の内側に画されたアイランド部とを備えており、前記アイランド部の箇所で、前記パッケージまたはケース側に接合される構成とした圧電デバイスにより、達成される。
第8の発明の構成によれば、第1の発明の構成で説明したのと同様の原理により、小型に形成しても固定側への振動漏れを抑制することができ、CI値を低く抑えることができる圧電デバイスを提供することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case, wherein the piezoelectric vibrating piece has a predetermined area and width formed of a piezoelectric material. From the vicinity of the one end of the base so as to leave at least a material near the one end of the base, and a plurality of resonating arms extending integrally from one end of the base and parallel to each other A through groove formed so as to extend along both side edges in the width direction; and an island portion defined inside the through groove. The island portion is joined to the package or the case side. This is achieved by the configured piezoelectric device.
According to the configuration of the eighth invention, vibration leakage to the fixed side can be suppressed and the CI value can be kept low by the same principle as described in the configuration of the first invention, even if it is made small. A piezoelectric device that can be provided can be provided.
さらに、上述の目的は、第9の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、前記貫通溝の内側に画されたアイランド部とを備えており、前記アイランド部の箇所で、前記パッケージまたはケース側に接合される構成とした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。 Furthermore, in the ninth invention, the above object is a mobile phone device using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, wherein the piezoelectric vibrating piece is formed of a piezoelectric material. A base having a predetermined area and width, a plurality of vibrating arms extending integrally from one end of the base and parallel to each other, and leaving at least the material near the one end of the base, A through groove formed so as to extend along both side edges in the width direction from the vicinity of the one end of the base portion, and an island portion defined on the inside of the through groove, and the package or This is achieved by a mobile phone device that obtains a clock signal for control by a piezoelectric device that is bonded to the case side.
また、上述の目的は、第10の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、前記貫通溝の内側に画されたアイランド部とを備えており、前記アイランド部の箇所で、前記パッケージまたはケース側に接合される構成とした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。 In the tenth invention, the above object is an electronic apparatus using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case, wherein the piezoelectric vibrating piece is formed of a piezoelectric material. A base portion having a predetermined area and width; a plurality of resonating arms extending integrally from one end of the base portion and parallel to each other; and at least the material in the vicinity of the one end of the base portion. A through groove formed so as to extend along both side edges in the width direction from the vicinity of the one end, and an island portion defined inside the through groove, and the package or case at the island portion. This is achieved by an electronic device in which a clock signal for control is obtained by a piezoelectric device bonded to the side.
図1ないし図5は、本発明の圧電デバイス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の圧電デバイスに使用される圧電振動片の概略平面図、図4は図3の圧電振動片の基部の部分を電極の記載を省略して示した概略斜視図、図5は図3のB−B線切断端面図である。
これらの図において、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、図1および図2に示すように、パッケージ37内に圧電振動片32を収容している。パッケージ37は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。
1 to 5 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention, FIG. 1 is a schematic plan view thereof, FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a piezoelectric device of FIG. 4 is a schematic plan view of the piezoelectric vibrating piece used for the above, FIG. 4 is a schematic perspective view showing the base portion of the piezoelectric vibrating piece in FIG. 3 with the electrode omitted, and FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG. It is an end view.
In these drawings, the
すなわち、この実施形態では、パッケージ37は、図2に示すように、第1の基板55と第2の基板56とを積層して形成されている。パッケージ37は、図2に示すように、第2の基板56の内側の材料を除去することで、内部空間Sのスペースを形成している。この内部空間Sが圧電振動片32を収容するための収容空間である。そして、第1の基板55は絶縁性基体であり、この第1の基板55に圧電振動片32を接合している。つまり、この場合、パッケージ37は、圧電振動片32の保持側となる。
That is, in this embodiment, the
パッケージ37の内部空間S内の図において左端部付近において、内部空間Sに露出して内側底部を構成する絶縁性基体としての第1の基板55には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部31,31が設けられている。
この電極部31,31は、それぞれ図2に示す実装端子81,82と接続されており、外部から印加される駆動電圧を、圧電振動片32に供給するものである。具体的には、この実装端子81,82と電極部31,31は、基板同士の間を通ってパッケージ37の外面まで延長され、パッケージ37の図1に示す四隅に形成された1/4円でなるキャスタレーション部37a,37a,37a,37aに設けた導電パターン31a,31a,31a,31aにより図2の縦方向に沿って、実装端子81,82と接続されている。あるいは第1の基板55および第2の基板56の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等(図示せず)で接続することができる。
各電極部31,31の上面には、バンプ71を用いて圧電振動片32の基部51が接合されている。バンプを用いない場合には、導電性接着剤などを用いることができる。この導電性接着剤としては、例えば、合成樹脂などを利用したバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を混入したもので、機械的接合と電気的接続とを同時に行うことができるものである。
For example, nickel plating and gold plating on tungsten metallization are applied to the
The
A
圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、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。本実施形態の場合、圧電振動片32は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図3に詳しく示す形状とされている。
すなわち、圧電振動片32は、パッケージ37側と固定される基部51と、この基部51を基端として、図において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕35,36を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。
ここで、圧電振動片32の圧電材料を水晶とした場合に、図3に示すように、Xを機械軸、Yを電気軸、Zを光学軸として、角度θを0度ないし数度の範囲として、ウエットエッチングにより形成されている。
The piezoelectric vibrating
That is, the piezoelectric vibrating
Here, when the piezoelectric material of the piezoelectric vibrating
また、各振動腕35,36の主面には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝37,38を形成し、図5に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極42,43を形成している。この長溝は、それぞれ振動腕35と、振動腕36の主面である表裏面に形成され、長溝37,38内には励振電極42,43がそれぞれ形成されており、各振動腕の長溝内に形成される励振電極は互いに分離された一対の電極とされている。これにより、励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
In addition,
また、圧電振動片32の基部51の端部の幅方向両端付近には、上述したように、パッケージ37の電極部31,31と接続するための電極部として、引出し電極42a,43aが形成されている。各引出し電極42a,43aは、基部51の外縁を回り込んで、圧電振動片32の基部51の表裏に設けられている。これらの各引出し電極42a,43aは上述した各励振電極と接続されており、例えば、励振電極とともに、水晶表面に、クロム(Cr)および金(Au)を順次メッキして形成することができる。
これにより、引出し電極42a,43aから、励振電極42,43に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕35,36内で電界が適切に形成され、図3に矢印で示すように、振動腕35,36の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動する。
In addition, as described above,
As a result, a driving voltage is applied from the
パッケージ37の開放された上端には、蓋体40が接合されることにより、封止されている。
蓋体40は、好ましくは、光を透過する材料、例えば、硼珪酸ガラスなどにより形成されており、低融点ガラスなどの封止材41により接合されることで、パッケージ37を気密に封止している。
これにより、パッケージ37の蓋封止後において、図2に示すように、外部からレーザ光LBを蓋体40を介して圧電振動片32の先端付近に照射し、ここに設けた金属被覆部を一部蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができるようになっている。なお、このような周波数調整をしない場合には、蓋体40はコバール合金などの金属材料で形成することができる。
A
The
Thereby, after the lid of the
次に、本実施形態の特徴部である圧電振動片32の基部51の構造について、図3,図4,図8を参照して詳しく説明する。
図8は、圧電振動片の基部に関する基本的な構造を説明するための図であり、図8(a)に示すように、所定の面積と幅を備える基部51−1に対して、貫通溝60−1を形成したものである。
この基部51−1の振動腕35−1,36−1側の一端E1付近の材料Mの部分を残すようにして、基部51−1の一端E1付近から、基部の幅方向の両側縁に沿って他端E2に向かって延びるように貫通溝60−1を形成する。貫通溝60−1は、この場合、下が開いた「U」字状である。
基部51−1においては、このような貫通溝60−1を設けることにより、その内側にアイランド部もしくは半島部63−1が形成される。つまり、基部51−1の端部E1側がこの基部と一体とされたアイランド部63−1を形成する。
そして、アイランド部63−1を固定用のベース部として利用し、バンプ70,70等によるパッケージ側への接合箇所を形成する。
Next, the structure of the
FIG. 8 is a view for explaining a basic structure related to the base portion of the piezoelectric vibrating piece. As shown in FIG. 8A, a through groove is formed with respect to the base portion 51-1 having a predetermined area and width. 60-1 is formed.
From the vicinity of the end E1 of the base 51-1, along the both side edges in the width direction of the base 51-1, leaving the portion of the material M near the end E1 on the vibrating arms 35-1, 36-1 side of the base 51-1. The through groove 60-1 is formed to extend toward the other end E2. In this case, the through groove 60-1 has a “U” shape with an open bottom.
In the base 51-1, by providing such a through groove 60-1, an island or peninsula 63-1 is formed inside thereof. That is, the end portion E1 side of the base portion 51-1 forms an island portion 63-1 integrated with the base portion.
Then, the island part 63-1 is used as a base part for fixing, and a joint portion to the package side by the
これにより、図8(a)と図8(b)で示されているように、振動腕35−1,36−1の付け根付近から基部51−1に伝えられる屈曲振動による応力P,Pは、貫通溝60−1に妨げられて、基部51−1の中央を横切ることができないので、矢印で示すように基部51−1の側縁を回り込む。さらに、この応力は、端部E2付近からアイランド部63−1に伝わり、接合箇所F,Fに伝搬する。
このように、振動腕の屈曲振動による応力は、基部の側縁を迂回し、さらにアイランド部を通ることで、その伝搬距離を著しく長くされ、その間に減衰される。このため、接合箇所に伝えられる応力はきわめて小さくされる。
As a result, as shown in FIGS. 8A and 8B, the stresses P and P due to the bending vibration transmitted from the vicinity of the roots of the vibrating arms 35-1 and 36-1 to the base 51-1, are as follows. Since it is obstructed by the through groove 60-1 and cannot cross the center of the base 51-1, it goes around the side edge of the base 51-1, as shown by the arrows. Further, this stress is transmitted from the vicinity of the end portion E2 to the island portion 63-1, and is transmitted to the joint locations F and F.
As described above, the stress caused by the flexural vibration of the vibrating arm bypasses the side edge of the base portion and further passes through the island portion, so that the propagation distance is remarkably increased and is attenuated during that time. For this reason, the stress transmitted to a joining location is made very small.
図3および図4に示す圧電振動片32の基部51は、このような原理を利用するように形成されたものである。
具体的には、基部51は、全体として矩形に形成され、振動腕35,36の形成箇所よりも大きな幅を有することで、所定の面積を備えている。
基部51の一端E1側に所定の部分Mを残すようにして、貫通溝60が形成されている。貫通溝60は、上記Mの部分に隣接して、基部51の幅方向、すなわち図3のX方向に延びる第1の貫通溝61と、この第1の貫通溝61の両端部と結合され、かつ両端部から、それぞれ他端E2に向かって延びる第2の貫通溝62,62を備えている。
The
Specifically, the
A through
これにより、図3および図4に示すように、貫通溝60は、矩形の基部51において、貫通溝60の周囲にほぼ矩形の枠部68を形成し、内側にほぼ矩形のアイランド部もしくは半島部63を形成している。このアイランド部63は、パッケージなどの基部側への固定用ベース部となるものである。
基部51の第1の貫通溝61の両端部において、第2の貫通溝62,62との境界となる外側の角部65,65は、それぞれテーパ状もしくは曲線状とされている。これにより、枠部68の歪み応力が緩和されている。
また、第2の貫通溝62,62とアイランド部63との境界である角部66,66がテーパ状もしくは曲線状とされている。このことによっても、枠部68の歪み応力が緩和されている。
Accordingly, as shown in FIGS. 3 and 4, in the through
At both ends of the first through
Further,
さらに、第2の貫通溝62,62とアイランド部63との境界であるアイランド部63の基端部66a,66aは、縮幅されており、くびれ部または切り込み部とされてされている。
また、基部51の第1の貫通溝61の幅方向両端部から内側の領域において、アイランド部63に向かって所定の厚みでリブ状に僅かに突出する振動相殺部64が形成されている。
そして、アイランド部63には、接合用のバンプ71,71が形成されている。このバンプ71,71は、金バンプなどを使用することができ、図3の各引出し電極42a,43aの領域に対応して、電極を短絡しない位置に形成されている。しかも図4に示すように、接合箇所としてのバンプ71,71は、矩形の接合しやすい形状を有するアイランド部63において、できるだけ一端E1よりの位置に形成されて、図2で説明したように、パッケージ側と接合されるようになっている。
Furthermore,
In addition,
The island portion 63 is formed with
本実施形態は以上のように構成されており、図3および図4の圧電振動片32において、各振動腕35,36の屈曲振動により生じた振動は、基部51の一端E1の残された材料の部分Mに伝えられる。この振動は貫通溝60に阻まれて、そのまま基部の中心を伝わることができず、枠部68に回り込んで、他端E2側に達し、そこからアイランド部63に向かう。このため、従来と比べると振動が基部を伝わる経路が長くなり、その分漏れてくる振動が減衰される。
かくして、振動漏れは十分に抑制されるから、圧電振動片32を小型に形成したことで、バンプ71,71を使用することでリジッドに固定された場合においても、パッケージ側への振動漏れを十分に抑制することができ、CI値を低く抑えることができる。
The present embodiment is configured as described above. In the piezoelectric vibrating
Thus, since vibration leakage is sufficiently suppressed, even when the piezoelectric vibrating
しかも、基部51には、振動相殺部64を十分な材料の厚みを持たせて形成しているので、各振動腕35,36から伝えられる互いに逆相の振動は、この部分で適切に相殺され、基部51の他の領域に漏れ出すことが防止される。
さらに、枠部68を伝搬した振動は、長い経路を経て減衰されるだけでなく、アイランド部63に伝達される際に、切り込み部66a,66aで大きく減衰されるから、固定箇所であるバンプ71,71に伝えられる振動はきわめて小さくされる。これにより、パッケージ側への振動の漏れ込みは極端に低減される。
In addition, since the
Further, the vibration propagated through the
図6は本実施形態の圧電振動片32の屈曲振動時における基部に振動腕からの振動が伝達される様子を応力分布により示したシミュレーションに基づく図である。図示されているように、アイランド部に漏れ込む振動はほとんど観測されていない。
図7は、従来の圧電振動片Bと本実施形態の圧電振動片Nに関して、周波数シフトを調べた図である。従来の圧電振動片Bはマイナス1000ppmを超えて周波数が変動しているが、本実施形態の圧電振動片Nの周波数変動は400ppm程度である。
FIG. 6 is a diagram based on a simulation showing, by a stress distribution, how the vibration from the vibrating arm is transmitted to the base during bending vibration of the piezoelectric vibrating
FIG. 7 is a diagram showing the frequency shift of the conventional piezoelectric vibrating piece B and the piezoelectric vibrating piece N of the present embodiment. The frequency of the conventional piezoelectric vibrating piece B varies over minus 1000 ppm, but the frequency variation of the piezoelectric vibrating piece N of this embodiment is about 400 ppm.
図9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等の本発明の実施形態の圧電デバイスが取り付けられて、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は、圧電振動子でも圧電発振器でもよい。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the piezoelectric device according to the above-described embodiment of the present invention.
In the figure, a
In addition to modulation and demodulation of transmission / reception signals, the
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。
The
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、上述した実施形態に係る圧電デバイス30等を利用することができる。この場合、圧電デバイス30はそのCI値性能などを損なうことなく、きわめて小型化することができるので、製品の信頼性を維持しながら、製品の一層の小型化に貢献することができる。
As described above, the
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、パッケージや円筒状のケース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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
In addition, the present invention can be applied to all piezoelectric devices regardless of the names of the piezoelectric vibrator, the piezoelectric oscillator, etc., as long as the piezoelectric vibrating piece is accommodated inside the package or the cylindrical case. Can be applied.
30・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片、35,36・・・振動腕、51・・基部、60・・・貫通溝、61・・・第1の貫通溝、62,62・・・第2の貫通溝、63・・・アイランド部、68・・・枠部、71,71・・・バンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、
少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、
前記貫通溝の内側に画されたアイランド部と
を備えており、
前記アイランド部の箇所で、保持側に接合される構成とした
ことを特徴とする圧電振動片。 A base having a predetermined area and width formed of a piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending integrally from one end of the base and parallel to each other;
A through groove formed so as to leave at least the material in the vicinity of the one end of the base, and extend along both side edges in the width direction from the vicinity of the one end of the base;
An island portion defined inside the through groove, and
The piezoelectric vibrating piece is configured to be bonded to the holding side at the island portion.
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、
前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、
少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、
前記貫通溝の内側に画されたアイランド部と
を備えており、
前記アイランド部の箇所で、前記パッケージまたはケース側に接合される構成とした
ことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device containing a piezoelectric vibrating piece in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
A base having a predetermined area and width formed of a piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending integrally from one end of the base and parallel to each other;
A through groove formed so as to leave at least the material in the vicinity of the one end of the base, and extend along both side edges in the width direction from the vicinity of the one end of the base;
An island portion defined inside the through groove, and
A piezoelectric device characterized in that the island portion is joined to the package or the case side.
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、
前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、
少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の前記一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、
前記貫通溝の内側に画されたアイランド部と
を備えており、
前記アイランド部の箇所で、前記パッケージまたはケース側に接合される構成とした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。 A mobile phone device using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
A base having a predetermined area and width formed of a piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending integrally from one end of the base and parallel to each other;
A through groove formed so as to leave at least the material in the vicinity of the one end of the base, and extend along both side edges in the width direction from the vicinity of the one end of the base;
An island portion defined inside the through groove, and
A cellular phone device characterized in that a clock signal for control is obtained by a piezoelectric device configured to be joined to the package or case side at the island portion.
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された所定の面積と幅を備える基部と、
前記基部の一端から一体に延びており、かつ互いに平行とされた複数の振動腕と、
少なくとも前記基部の前記一端付近の材料を残すようにして、前記基部の一端付近から幅方向の両側縁に沿って延びるように形成した貫通溝と、
前記貫通溝の内側に画されたアイランド部と
を備えており、
前記アイランド部の箇所で、前記パッケージまたはケース側に接合される構成とした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。 An electronic device using a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
A base having a predetermined area and width formed of a piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending integrally from one end of the base and parallel to each other;
A through groove formed so as to leave at least the material in the vicinity of the one end of the base, and extend along both side edges in the width direction from the vicinity of the one end of the base;
An island portion defined inside the through groove, and
An electronic apparatus characterized in that a control clock signal is obtained by a piezoelectric device configured to be bonded to the package or the case side at the island portion.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103152007A (en) * | 2009-12-02 | 2013-06-12 | 威华微机电股份有限公司 | Tuning-fork type quartz-crystal resonator |
EP2725714A2 (en) | 2012-10-25 | 2014-04-30 | Seiko Epson Corporation | Resonator element, resonator, oscillator, electronic apparatus, and moving object |
US9319022B2 (en) | 2012-07-26 | 2016-04-19 | Seiko Epson Corporation | Resonator element, resonator, oscillator, and electronic apparatus |
US9654082B2 (en) | 2015-04-28 | 2017-05-16 | Seiko Epson Corporation | Vibrator, oscillator, electronic device for controlling internal resonance between inherent vibration modes |
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-
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