JP2006295700A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、箱状のパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a box-shaped package.
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、圧電材料で形成した圧電振動片を収容している。
圧電振動片は、例えば水晶ウエハを矩形にエッチングして駆動用の電極を設けることにより形成されている。
Piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, and mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems Is widely used.
A conventional piezoelectric device accommodates, for example, a piezoelectric vibrating piece formed of a piezoelectric material in a package.
The piezoelectric vibrating piece is formed, for example, by etching a quartz wafer into a rectangular shape and providing a driving electrode.
このような構成の圧電デバイスは知られており(特許文献1参照)、この圧電デバイスでは、パッケージである容器本体の底板に対して、底上げした引出し電極を形成し、その上に水晶片の基端部の幅方向両端を固定している(特許文献1、図1(b)および図2参照)。
一方、水晶片の先端部は、保持台の上に載置されるようになっており、これにより、水晶片をパッケージ内で水平に保持できるようにしている。
A piezoelectric device having such a structure is known (see Patent Document 1). In this piezoelectric device, a raised electrode is formed on the bottom plate of a container body that is a package, and a crystal piece base is formed thereon. Both ends in the width direction of the end are fixed (see
On the other hand, the tip of the crystal piece is placed on a holding table, so that the crystal piece can be held horizontally in the package.
上記した特許文献1では、水晶片の先端は保持台の上に載せているだけであるから、このような構成を維持できれば、パッケージ内で水晶片は水平に保持されるが、先端で固定されていないので、外部からの衝撃などには弱い。
そこで、図6に示すような構造も考えられる。
図6は、上記欠点を改良した圧電デバイス1の蓋体を外した平面図である。
図において、パッケージ2の内側底面の一端部には、幅方向に離間して、接続用の電極部5,5が形成されている。該電極部5,5はパッケージ2内を引き回され、図示しない底面に設けた実装端子と接続されている。
In the above-mentioned
Therefore, a structure as shown in FIG. 6 is also conceivable.
FIG. 6 is a plan view of the
In the drawing,
圧電振動片4は矩形のAT振動片であり、主面である表面と裏面に、駆動用の電極である励振電極9が形成されている。圧電振動片4の電極配置は、表裏で全く同じ形状であり、励振電極9は、一端部(基端側)の幅方向端部に引き回されて引出し電極9aが設けられ、該引出し電極9aは側面に延長されて、図示しない裏側にも同じ形状の引出し電極が形成されている。なお、引出し電極9bは、裏面の励振電極から延長されて側面を回り込み表面側に露出しているものである。
The piezoelectric vibrating
パッケージ2側の電極部5,5には導電性接着剤6,6が塗布されており、その上から上記引出し電極9a,9bが載置され、導電性接着剤が硬化されることで、圧電振動片4の一端部はパッケージ2に対して電気的、かつ機械的に接合されている。
さらに、圧電振動片1の先端部に対応して、パッケージ2の内側底面には、メタライズ部7が形成されており、その上には、上記導電性接着剤6と同じものを利用して、同一の工程において、導電性接着剤8が塗布され、その上から圧電振動片4の先端部が載置されて、硬化されている。
これにより、圧電振動片4は、一端部のみならず、先端部でも固定されるから、都合3点で接合・固定され、耐衝撃性も向上する。
Further, a
Thereby, since the piezoelectric
しかしながら、このような構造によると、励振電極9を図示のように十分に小さくして、先端部よりも内側に位置させないと、導電性接着剤8が表裏の励振電極を短絡するおそれがある。
ところが、励振電極、すなわち、圧電振動片4の励振用の主電極を小さくすると、以下のような問題が生じる。
図7は、励振電極9の面積を例えば0.96平方ミリメートルとした場合、図8は励振電極9の面積を例えば0.72平方ミリメートルとした場合について、それぞれ電流と周波数の関係を示したものである。
However, according to such a structure, the
However, if the excitation electrode, that is, the main electrode for excitation of the piezoelectric vibrating
7 shows the relationship between current and frequency when the area of the excitation electrode 9 is 0.96 square millimeters, for example, and FIG. 8 shows the relationship between the current and frequency when the area of the excitation electrode 9 is 0.72 square millimeters, for example. It is.
図7および図8では、縦軸に周波数変化、横軸に電流の2乗値がとられており、所謂電流2乗値特性を示したものである。グラフの傾きが小さい方が、電流値に対して周波数が安定で、主電極の面積が大きいほど電流2乗値特性は優れている。
図9は、縦軸に電流2乗値における図7,図8の傾きをとり、横軸に主電極の面積をとったグラフであり、図示されているように主電極が大きい方が、傾きが小さく、電流2乗値特性は優れている。
In FIGS. 7 and 8, the vertical axis represents frequency change and the horizontal axis represents the square value of current, which is a so-called current square value characteristic. The smaller the slope of the graph, the more stable the frequency with respect to the current value, and the larger the area of the main electrode, the better the current square value characteristic.
FIG. 9 is a graph in which the vertical axis represents the slope of FIGS. 7 and 8 in terms of the current square value, and the horizontal axis represents the area of the main electrode. As shown in FIG. Is small, and the current square value characteristic is excellent.
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、耐衝撃性に優れ、しかも主電極の面積を大きくして電流2乗値特性を良好に保持できるようにした圧電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a piezoelectric device that is excellent in impact resistance and that can maintain a good current square value characteristic by increasing the area of the main electrode. For the purpose.
上述の目的は、第1の発明にあっては、パッケージ内側底面に対して、ほぼ矩形の圧電振動片が、その引出し電極側の両端部の接合部と、先端部の接合部との少なくとも3点の接合部で導電性接着剤により接合固定された圧電デバイスであって、前記圧電振動片の駆動用の主電極が、前記先端部の接合部における前記導電性接着剤塗布領域を避けるように、切欠いた形状とされている圧電デバイスにより、達成される。 According to the first aspect of the present invention, the substantially rectangular piezoelectric vibrating piece is at least 3 of the joining portion at both ends on the lead electrode side and the joining portion at the tip end portion with respect to the bottom surface inside the package. A piezoelectric device that is bonded and fixed by a conductive adhesive at a junction of points, wherein the main electrode for driving the piezoelectric vibrating piece avoids the conductive adhesive application region at the junction of the tip This is achieved by a piezoelectric device having a cut-out shape.
第1の発明の構成によれば、圧電振動片が少なくとも3点で固定するようにしたので、耐衝撃性が向上する。また、駆動用の主電極は、導電性接着剤が塗布される領域については切欠いた形状とすることで、この導電性接着剤とは接触しない。これにより、主電極は、必要とされる十分な面積を確保しつつ、短絡を防止することができる。
かくして、耐衝撃性に優れ、しかも主電極の面積を大きくして電流2乗値特性を良好に保持できるようにした圧電デバイスを提供することができる。
なお、「ほぼ矩形の圧電振動片」とは矩形に限らず、正方形に近いものを含む趣旨である。
According to the configuration of the first invention, since the piezoelectric vibrating piece is fixed at least at three points, the impact resistance is improved. Further, the driving main electrode is not cut in the region where the conductive adhesive is applied, so that it does not come into contact with the conductive adhesive. As a result, the main electrode can prevent a short circuit while securing a necessary area.
Thus, it is possible to provide a piezoelectric device that is excellent in impact resistance and that can maintain the current square value characteristic by increasing the area of the main electrode.
The “substantially rectangular piezoelectric vibrating piece” is not limited to a rectangle but includes a shape close to a square.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記先端部の接合部が前記圧電振動片の幅方向の中央部に設けられていることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、圧電振動片の引出し側の各接合部から等距離の位置に前記先端部の接合部が位置することになり、より接合構造が安定する。
A second invention is characterized in that, in the configuration of the first invention, the joint portion of the tip portion is provided at a central portion in the width direction of the piezoelectric vibrating piece.
According to the structure of 2nd invention, the junction part of the said front-end | tip part will be located in the position of equidistance from each junction part by the side of the drawer | drawing-out of a piezoelectric vibrating piece, and a junction structure will be stabilized more.
第3の発明は、第1の発明の構成において、前記先端部の接合部が前記圧電振動片の幅方向の端部に設けられていることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、圧電振動片の先端部の接合部を幅方向の端部に設けることにより、主電極の面積を最も広くすることができ、より電流2乗値特性を良好にすることができる。
According to a third aspect of the invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the joint portion of the tip portion is provided at an end portion in the width direction of the piezoelectric vibrating piece.
According to the configuration of the third aspect of the invention, the area of the main electrode can be maximized by providing the joint portion at the front end portion of the piezoelectric vibrating piece at the end portion in the width direction, and the current square value characteristic is more favorable. Can be.
第4の発明は、第3の発明の構成において、前記パッケージの内側底面において、前記圧電振動片の前記先端部に対応した箇所に、該圧電振動片の幅方向に沿って所定の高さでなる支持部が形成されており、かつ前記先端部の接合部を前記圧電振動片の幅方向のひとつの端部に設けたことを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、圧電振動片の主電極がパッケージ内側底面に触れることを確実に防止しつつ、主電極の面積を最も広くすることができる。
According to a fourth aspect of the invention, in the configuration of the third aspect of the invention, at a predetermined height along the width direction of the piezoelectric vibrating piece, at a position corresponding to the tip portion of the piezoelectric vibrating piece on the inner bottom surface of the package. And a joint portion of the tip portion is provided at one end portion in the width direction of the piezoelectric vibrating piece.
According to the configuration of the fourth aspect of the invention, the area of the main electrode can be maximized while reliably preventing the main electrode of the piezoelectric vibrating piece from touching the inner bottom surface of the package.
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は蓋体を除いて内部構造を露出した圧電デバイスの概略平面図、図2は図1のA−A線概略断面図であり、蓋体を配置して示すもの、図3はパッケージの概略平面図である。
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、パッケージ36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、図3示すように、第1の基板34と、この第1の基板34に積層された第2の基板35を含むパッケージ36内に圧電振動片31を収容している。
1 to 3 show a first embodiment of a piezoelectric device according to the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view of a piezoelectric device with an internal structure excluding a lid, and FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line -A, showing a lid disposed, and FIG. 3 is a schematic plan view of the package.
In these drawings, the
Specifically, as shown in FIG. 3, the
パッケージ36を構成する第1の基板34は絶縁基体であり、その上に電極部32が形成されている。図1において、電極部は符号32,32に示されているように、パッケージ36の端部において、第1の基板34の幅方向の両端部に一対設けられている。
第1の基板34と第2の基板35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圧電振動片31や後述する蓋体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、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。
The
The
第1の基板34と第2の基板35は、図示する形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、第1の基板34は、パッケージ36の底部を構成する基板で、これに重ねられる第2の基板35は、上述したグリーンシートを板状として、内部の材料を除去して、枠状として、図2の内部空間Sを形成したもので、この内部空間S(図3参照)を利用して、圧電振動片31を収容するようにしている。このパッケージ36には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体37が低融点ガラスやニッケル47などを介して接合されている。これにより、パッケージ36は気密に封止されている。
The
第1の基板34上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、第1及び第2の基板の焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部32,32が形成されている。図2に示すように、電極部32は、パッケージ36の底面に露出した実装端子41,41と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部32と実装端子41とを接続するための導電パターンは、パッケージ36の形成時に利用されるキャスタレーション(図示せず)の表面に形成して、パッケージ36の外面を引き回してもよいし、あるいは第1の基板34を貫通する図示しない導電スルーホールなどにより接続してもよい。
On the
圧電振動片31は、図2に示すように、例えば圧電材料により形成されたウエハを厚みの薄い矩形に加工した、所謂、ATカット振動片により、圧電チップである振動片個片が形成されている。圧電材料として、例えば、この実施形態では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。また、圧電チップの形状もフラットタイプに限らず、コンベックスタイプや、逆メサ型の振動片を用いることができる。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrating
図1において、振動片の個片である圧電チップの表面には、駆動用の主電極として、励振電極51が形成されている。励振電極51は、圧電チップの積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極51は、図示しない圧電チップの裏面にも同様の形態で形成され、それぞれ圧電振動片31の長さ方向の端部において、その幅方向の両端にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極51a,51aに対して、各別に接続されている。各引出し電極51a,51aは圧電チップの側面を回り込んで、裏面にも形成されている。
In FIG. 1, an
このような圧電振動片31は、図1に示されているように、パッケージ36側の各電極部32,32の上に導電性接着剤43,43を塗布し、その上に圧電振動片31の図1で説明した各引出し電極51a,51aが形成されている基端部もしくは一端部31aを載置して、これら導電性接着剤43,43を硬化させることにより片持ち式に接合されている。
これにより、パッケージ36の外部から実装端子41,41を介して供給された駆動電圧は、パッケージ36側の電極部32,32から導電性接着剤43,43および圧電振動片31の引出し電極51a,51aを介して、励振電極51に印加される。したがって、圧電振動片31の先端側31bは圧電作用により振動することで、駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 1, such a piezoelectric vibrating
As a result, the drive voltage supplied from the outside of the
ここで、導電性接着剤43,43としては、所定の合成樹脂でなるバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。また、圧電振動片31は必ずしも片持ち式でなく、先端側31bの一部をパッケージ36側に接合した構成としてもよい。
また、第1の基板34を絶縁基体として、電極を形成し、第2の基板35を積層することなく、浅い箱状とした蓋体(図示せず)により、圧電振動片31を気密に封止する形式のパッケージを用いてもよい。あるいは、圧電振動片31に外部の駆動電圧源と接続したプラグを接続し、一端を閉止した金属製の筒状のケースに圧電振動片31を差し入れて、このプラグによりケースを気密に封止するようにしてもよい(図示せず)。
Here, as the
In addition, the
励振電極51は、圧電振動片31の先端部31bにおいて、その幅方向の中央部に、例えば図示するように、接着剤の塗布領域を避けるような凹状の切欠き部45を有している。
すなわち、パッケージ36の内側底面(第1の基板34の表面)には、圧電振動片31の先端部31bに対応した箇所にメタライズ部(金属被覆部)46が形成されている。このメタライズ部46は単純な金属被膜であってもよいし、図3のような形状であってもよい。そして、該メタライズ部46の上には、図1に示すように、導電性接着剤43−1が塗布されて、圧電振動片31の先端部31bが載置されて接合されている。
すなわち、メタライズ部46は、パッケージ31の電極部32,32と同じ工程で同時に形成され、導電性接着剤43−1も、電極部32,32に塗布される導電性接着剤43,43と同じものが、同時の工程で塗布される。これにより、圧電振動片31は、一端部31aの2箇所と、先端部31bの1箇所の合計3箇所で接合されている。
The
That is, a metallized portion (metal covering portion) 46 is formed on the inner bottom surface of the package 36 (the surface of the first substrate 34) at a location corresponding to the
That is, the metallized
本実施形態は、以上のように構成されており、圧電振動片31をパッケージ36に対して3点で固定するようにしたので、耐衝撃性が向上する。また、励振電極51は、導電性接着剤43−1が塗布される領域について、これを避けるように切欠き部45を形成したので、励振電極51が導電性接着剤43−1と接触するおそれがない。このような構成としたので、励振電極51は、必要とされる十分な面積を確保して、しかも短絡を防止することができる。
かくして、耐衝撃性に優れ、しかも励振電極51の面積を大きくして電流2乗値特性を良好に保持できるようにした圧電デバイス30を提供することができる。
特に、この実施形態では、圧電振動片31の先端部31bの接合部が圧電振動片31の幅方向の中央部に設けられているので、圧電振動片31の一端部31aの各接合部から等距離の位置に先端部の接合部が位置することになり、より接合構造が安定する。
The present embodiment is configured as described above, and the piezoelectric vibrating
Thus, it is possible to provide the
In particular, in this embodiment, since the joint portion of the
図4および図5は圧電デバイスの第2の実施形態を示している。
図4は第2の実施形態に係る圧電デバイス30−1の概略平面図であり、図5は図4のB−B線切断端面図である。
これらの図において、第1の実施形態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、以下、相違点を中心に説明する。
4 and 5 show a second embodiment of the piezoelectric device.
FIG. 4 is a schematic plan view of the piezoelectric device 30-1 according to the second embodiment, and FIG. 5 is an end view taken along the line BB of FIG.
In these drawings, the portions denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment have a common configuration, and therefore, overlapping description will be omitted, and hereinafter, differences will be mainly described.
この圧電デバイス30−1では、図4および図5によく表れているように、圧電振動片31の先端部31bに対応する箇所のパッケージ36内側底面には、その幅方向に沿って所定の高さでなる支持部56が形成されている。支持部56は、メタライズ部を厚く形成することにより設けられているが、これに限らず、第1の基板34の該当個所にセラミック材料などで段部を形成し、その上に薄いメタライズ部を形成してもよい。
In this piezoelectric device 30-1, as clearly shown in FIGS. 4 and 5, the inner bottom surface of the
圧電振動片31の励振電極51−1は、該圧電振動片31の先端部31bの幅方向に端部において、凹状の切欠き部55が形成されている。
この切欠き部55は、図1の第1の実施形態における切欠き部45がほぼ半円状であるのに対して、図4に示すようにほぼ1/4円状になっている。これにより、第2の実施形態の励振電極51−1の方が、第1の実施形態の励振電極51よりも面積が大きい。
The excitation electrode 51-1 of the piezoelectric vibrating
The
本実施形態は以上のように構成されており、圧電振動片31の先端部31bの接合部を幅方向の端部に設けることにより、励振電極51−1の面積を最も広くすることができ、その分電流2乗値特性を良好にすることができる。
また、圧電振動片31の先端部31bが、所定の高さでなる支持部56により支えられることになる。このため、圧電振動片31の先端部が下降することなく、適切に水平な姿勢を保って固定することができる。このため、圧電振動片31の下面の励振電極がパッケージ36の内側底面などに触れることがなく、適切な励振が妨げられないから、良好な性能を得ることができる。
This embodiment is configured as described above, and by providing the joint portion of the
Further, 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。
本発明は、ATカット圧電振動片だけでなく、所謂コンベックスタイプの圧電振動片や、逆メサ形状の圧電振動片などにも利用することができる。
また、この発明は、箱状の収容容器としてのパッケージを利用し、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.
The present invention can be used not only for an AT-cut piezoelectric vibrating piece, but also for a so-called convex type piezoelectric vibrating piece, an inverted mesa-shaped piezoelectric vibrating piece, and the like.
In addition, the present invention is applicable to all piezoelectric devices regardless of the names of piezoelectric vibrators, piezoelectric oscillators, etc., as long as they use a package as a box-shaped container and accommodate a piezoelectric vibrating piece inside. can do.
30・・・圧電デバイス、31・・・圧電振動片、36・・・パッケージ、45・・・切欠き部、51・・・励振電極、55・・・切欠き部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記圧電振動片の駆動用の主電極が、前記先端部の接合部における前記導電性接着剤塗布領域を避けるように、切欠いた形状とされている
ことを特徴とする圧電デバイス。 A substantially rectangular piezoelectric vibrating piece is bonded and fixed to the inner bottom surface of the package by a conductive adhesive at at least three junctions between the junction at both ends on the lead electrode side and the junction at the tip. A piezoelectric device,
The piezoelectric device characterized in that the main electrode for driving the piezoelectric vibrating piece has a cut-out shape so as to avoid the conductive adhesive application region at the joint of the tip.
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