JP2007049434A - 圧電振動片および圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃時の周波数変動を抑えることを目的とする。
【解決手段】水晶振動片２の基部２３の表側主面２４１に、その両側端２３１，２３２からそれぞれ±Ｘ軸方向に沿って溝部２３３が形成されている。また、両側端２３１，２３２それぞれにおいて、溝部２３３が±Ｙ軸方向に沿って４つずつ形成されている。また、これら溝部２３３の少なくとも一つの±Ｘ軸方向の寸法は、その−Ｙ軸方向側に隣接する他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長い。具体的に、基部２３の脚部側に形成されている溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法は、他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長い。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧電振動片および圧電振動デバイスに関する。

現在、圧電振動デバイスとして、例えば、音叉型水晶振動子（以下、水晶振動子という）などが挙げられる。この種の圧電振動デバイスでは、その筐体がベースとキャップとから構成され、筐体内部は気密封止されている。また、この筐体内部では、水晶振動片が、ベース上の電極パッドに導電性接着剤を介して接合されている。

この水晶振動片は、その基板が、基部と、この基部から突出した２本の脚部とから構成されてなり、異電位で構成された励振電極が脚部に形成されている。また、基板には、基部において励振電極を電極パッドと電気的に接続させるための引出電極が形成されている。この引出電極は、励振電極から引き出し形成されている（例えば、特許文献１ご参照）。
特開２００４−２００９１０号公報

ところで、上記したような水晶振動子の耐衝撃性を測るために、水晶振動子を落下させて、落下前後の水晶振動子の特性（周波数や抵抗値（ＣＩ値）など）の変動量を測定すると、落下衝撃により、落下前後の水晶振動子の特性に変動が見られる。特に、周波数変動は、導電性接着剤を介した水晶振動片と電極パッドとの接着状態に起因し、周波数が低くなる。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、衝撃時の周波数変動を抑えた圧電振動片および圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基部と、この基部から突出した複数本の脚部とから構成され、異電位で構成された励振電極が前記脚部に形成されるとともに、前記励振電極を前記基部で外部電極と電気的に接続させるために前記励振電極から引き出された引出電極が前記基部および前記脚部に形成された圧電振動片において、前記基部の表側主面には、少なくとも一つの側面から±Ｘ軸方向に沿って溝部が形成され、かつ、前記溝部が±Ｙ軸方向に沿って複数形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、前記基部の前記表側主面には、前記少なくとも一つの側面から前記±Ｘ軸方向に沿って前記溝部が形成され、かつ、前記溝部が前記±Ｙ軸方向に沿って複数形成されるので、衝撃時の周波数変動を抑えることが可能となる。具体的に、振動方向に垂直に前記複数の溝部が形成されているので、前記複数の溝部によって、前記脚部から前記基部を介して外部へ伝わる振動漏れを抑制することが可能となる。また、本発明では、前記溝部が前記±Ｙ軸方向に沿って複数形成されるので、１つの溝部が形成された場合と比較して、前記脚部から前記基部を介して外部へ伝わる振動漏れを抑制するのに好ましい。さらに、本発明では前記溝部が前記±Ｙ軸方向に沿って複数形成されるので、１つの溝部が形成された場合と比較して、前記各溝部の前記±Ｙ軸方向の寸法は短くなるように設定されることが想定される。この場合、１つの溝部が形成された場合と比較して、本発明にかかる圧電振動片の前記基部の強度を上げることが可能となる。

前記構成において、前記表側主面の前記溝部が形成された部位に対向する前記基部の裏側主面の対向部位で、前記引出電極と外部電極とが電気的に接続されてもよい。

この場合、前記表側主面の前記溝部が形成された部位に対向する前記基部の前記裏側主面の対向部位で、前記引出電極と外部電極とが電気的に接続されるので、電極の導通面積によって、温度特性に影響を及ぼすのを抑制することが可能となる。また、製造工程における常温偏差の周波数のバラツキを抑えることが可能となる。

すなわち、前記表側主面の前記溝部が形成された部位に対向する前記裏側主面の前記対向部位に前記溝部が形成された場合、前記引出電極だけでなく基板素地にも外部電極（導電性接着剤を介在させた場合、導電性接着剤も含む）が接着する。なお、前記溝部内には電極が形成されないものとする。このとき、前記引出電極の面積が減少することで、結果として前記引出電極と外部電極との導電性接着剤による導通面積が減少するので、温度特性を悪くする傾向にある。ここでいう温度特性とは、温度変化に対する抵抗値（基板に水晶が用いられている場合はＣＩ値）の変動を示す特性で、一部の温度において抵抗値が急激に変化する（ジャンプする）という不具合があった。これに対して、本発明では、前記表側主面の前記溝部が形成された部位に対向する前記裏側主面の前記対向部位に前記溝部が形成されていないので、このような不具合がなく、温度特性に影響を及ぼすのを抑制することが可能となる。

前記構成において、前記溝部の少なくとも１つの前記±Ｘ軸方向の寸法は、その前記±Ｙ軸方向側に隣接する他の前記溝部の前記±Ｘ軸方向の寸法より長くてもよい。

この場合、前記溝部の少なくとも１つの前記±Ｘ軸方向の寸法は、その前記±Ｙ軸方向側に隣接する他の前記溝部の前記±Ｘ軸方向の寸法より長いので、前記基部の表側主面に形成される前記引出電極の形成領域を確保することが可能となる。そのため、前記溝部の形成による前記引出電極のショートを防ぐことが可能となる。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、ベースとキャップとから内部空間を有するパッケージが構成され、前記内部空間内の前記ベース上に、上記した圧電振動片が保持されたことを特徴とする。

本発明によれば、前記ベースと前記キャップとから前記内部空間を有する前記パッケージが構成され、前記内部空間内の前記ベース上に、上記した圧電振動片が保持されているので、上記した圧電振動片と同様の作用効果を有する。

本発明にかかる圧電振動片および圧電振動デバイスによれば、衝撃時の周波数変動を抑えることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして音叉型水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。

本実施例にかかる音叉型水晶振動子１（以下、水晶振動子という）は、図１，２に示すように、フォトリソグラフィ法で成形された音叉型水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片であり、以下、水晶振動片という）と、この水晶振動片２を保持するベース１１と、ベース１１に保持した水晶振動片２を気密封止するためのキャップ１２とからなる。

この水晶振動子１では、図１，２に示すように、ベース１１とキャップ１２とが接合されて筐体であるパッケージが構成され、このパッケージ内に内部空間１３が形成される。この内部空間１３のベース１１上に、水晶振動片２が保持されるとともに、パッケージの内部空間１３が気密封止されている。この際、ベース１１と水晶振動片２とは、導電性接着剤１４を用いて接合されている。

次に、この水晶振動子１の各構成について説明する。

ベース１１は、図１，２に示すように、底部と、この底部から上方に延出した壁部とから構成される箱状体に形成されている。このベース１１は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。また、壁部は、底部の表面外周に沿って成形されている。この壁部の上面は、キャップ１２との接合領域であり、この接合領域には、キャップ１２と接合するためのメタライズ層（図示省略）が設けられている。

また、セラミック材料が積層して凹状に一体的に焼成されたベース１１の内部空間１３における側壁には、図２に示すように、段部１５が形成され、この段部１５上に下記する電極パッド１６１，１６２が形成され、これら電極パッド１６１，１６２上に水晶振動片２が片保持して設けられる。

また、内部空間１３内のベース１１の段部１５の表面には、水晶振動片２の励振電極２７，２８（下記参照）と電気的に接続する電極パッド１６１，１６２が形成されている。これら電極パッド１６１，１６２は、それぞれに対応した引回し電極１７１，１７２を介して、ベース１１の裏面１１１に形成される端子電極（図示省略）に電気的に接続され、これら端子電極が外部部品や外部機器の外部電極に接続される。なお、これらの端子電極、電極パッド１６１，１６２、引回し電極１７１，１７２は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース１１と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極、電極パッド１６１，１６２、引回し電極１７１，１７２のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。

キャップ１２は、金属材料からなり、図２に示すように、平面視矩形状の一枚板に成形されている。このキャップ１２は、下面にろう材（図示省略）が形成されており、シーム溶接やビーム溶接等の手法によりベース１１に接合されて、キャップ１２とベース１１とによる水晶振動子１のパッケージが構成される。なお、本実施例でいう内部空間１３とは、キャップ１２とベース１１により気密封止された領域のことをいう。また、キャップ１２をセラミック材料とし、ガラス材料を介して気密封止してもよい。

導電性接着剤１４の材料には、複数の銀フィラを含有したシリコンが用いられ、導電性接着剤１４を硬化させることで、複数の銀フィラが結合して導電性物質となる。

次に、内部空間１３に配された水晶振動子１の各構成について説明する。

水晶振動片２は、図１〜３に示すように、音叉型水晶振動片であり、異方性材料の水晶片である基板２１からエッチング形成される。

基板２１は、２本の脚部２２１，２２２（第１脚部，第２脚部）と、基部２３とから構成され、２本の脚部２２１，２２２が基部２３から突出して形成されている。

また、第１，２脚部２２１，２２２の両主面（表側主面２４１と裏側主面２４２）には、水晶振動子１の小型化により劣化するＣＩ値を改善させるために、凹溝部２５が形成されている。

さらに、水晶振動片２には、＋Ｘ軸方向を判別する判別手段が設けられている。この判別手段は、第１，２脚部２２１，２２２それぞれの突出端部２６に設けられている。なお、ここでいう突出端部には、突出端面２６１と、±Ｘ軸側側面２６２，２６３（図３（ａ）に示す第１，２脚部２２１，２２２それぞれの左側側面が＋Ｘ軸側側面２６２であり、右側側面が−Ｘ軸側側面２６３である）と、表裏側主面２４１，２４２とから構成されている。そして、判別手段は、突出端面２６１から−Ｘ軸側側面２６３にかけて形成された切欠部２６４である。また、ここでいう＋Ｘ軸方向とは、＋Ｘ軸方向から数度傾いた＋Ｘ軸方向も含む。すなわち、他の軸方向から＋Ｘ軸方向と認識できる＋Ｘ軸方向のずれは本実施例でいう＋Ｘ軸方向の定義に含まれるが、ずれのない＋Ｘ軸方向が好適である。

この水晶振動片２の表側主面２４１には、異電位で構成された２つの励振電極２７，２８（第１励振電極，第２励振電極）と、これらの第１，２励振電極２７，２８を電極パッド１６１，１６２に電気的に接続させるための引出電極２９１，２９２が形成され、引出電極２９１，２９２は第１，２励振電極２７，２８から引き出されている。そして、引出電極２９１，２９２と電極パッド１６１，１６２が導電性接着剤１４を介して接合されて、引出電極２９１，２９２と電極パッド１６１，１６２とが電気的に接続される。

第１励振電極２７は、図３に示すように、第１脚部２２１の表裏側主面２４１，２４２に形成された第１主面電極２７１と、第２脚部２２２の両側面(対向側面等)に形成された第２側面電極２７２とにより構成される。そして、これら第１主面電極２７１と第２側面電極２７２とが引出電極２９１によって接続されている。

同様に、第２励振電極２８は、図３に示すように、第２脚部２２２の表裏側主面２４１，２４２に形成された第２主面電極２８１と、第１脚部２２１の両側面(対向側面等)に形成された第１側面電極２８２とにより構成される。そして、これら第２主面電極２８１と第１側面電極２８２とが引出電極２９２によって接続されている。

上記した第１，２励振電極２７，２８は、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。また、上記した引出電極２９１，２９２は、例えば、クロムの下地電極層と、金の中間電極層と、クロムの上部電極層と、から構成された積層薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成され、クロムの上部電極層のみが部分的にマスクして真空蒸着法等の手法により形成される。

また、基部２３の表側主面２４１に、図３（ａ）に示すように、その両側端２３１，２３２からそれぞれ±Ｘ軸方向に沿って溝部２３３が形成されている。また、両側端２３１，２３２それぞれにおいて、溝部２３３が±Ｙ軸方向に沿って４つずつ形成されている。

また、これら溝部２３３の少なくとも一つの±Ｘ軸方向の寸法は、その＋Ｙ軸方向側に隣接する他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長い。具体的に、基部２３の脚部側に形成されている溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法は、他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長い。

また、基部２３の表側主面２４１の溝部２３３が形成された部位に対向する基部２３の裏側主面２４２の対向部位まで引出電極２９１，２９２が引き出され、この基部２３の裏側主面２４２の対向部位において、引出電極２９１，２９２と電極パッド１６１，１６２とが導電性接着剤１４を介して電気的に接続される。本実施例でいう溝部２３３が形成された部位に対向する基部２３の裏側主面２４２の対向部位とは、溝部２３３に対応する基部２３の裏側主面の対向位置のことをいう（図３参照）。

次に、上記した水晶振動片２のパッケージへの搭載に関して以下に図面を参照して説明する。

上記したように構成されたベース１１上に水晶振動片２を配する。この時、このベース１１への水晶振動片２の搭載について、内部空間１３内における水晶振動片２の＋Ｘ軸方向を設定する（以下、設定工程という）。本実施例では、内部空間１３内における水晶振動片２の配置が、水晶振動片２の＋Ｘ軸方向が図１に示す方向に設定されている。具体的に、内部空間１３内における水晶振動片２が、ベース１１に対して基部２３で片側保持され、さらに、この片側保持された水晶振動片２の基部２３が、図１に示すようにベース１１を平面視してベース１１の下側に配された場合、水晶振動片の＋Ｘ軸方向は、ベース１１の右側から左側に向かう方向に設定される。また、水晶振動片２の＋Ｘ軸方向は、上記した判別手段（切欠部２６４）により判断する（以下、判別工程という）。

そして、設定工程で設定した＋Ｘ軸方向に水晶振動片２の＋Ｘ軸方向をあわせて水晶振動片２をベース１１上に保持する（以下、保持工程という）。この保持工程では、上記した水晶振動片２の引出電極２９１，２９２とベース１１の電極パッド１６１，１６２とを、導電性接着剤１４により接合して、図１に示すように、水晶振動片２を、基部２３においてベース１１に片保持する。

保持工程の後に、ベース１１の壁部の上面にキャップ１２を配し、シーム溶接やビーム溶接等の手法により、ろう材を介してキャップ１２とベース１１とを接合し、図２に示すような水晶振動子１を製造する。なお、この水晶振動子１の内部空間１３は、気密封止されている。

上記したように、本実施例にかかる水晶振動片２によれば、基部２３の表側主面２４１に、両側端２３１，２３２から±Ｘ軸方向に沿って溝部２３３が形成され、かつ、溝部２３３が±Ｙ軸方向に沿って８つ形成されるので、衝撃時の周波数変動を抑えることができる。具体的に、振動方向に垂直に８つの溝部２３３が形成されているので、溝部２３３によって、第１，２脚部２２１，２２２から基部２３を介して外部へ伝わる振動漏れを抑制することができる。１つの溝部２３３が形成された場合と比較して、第１，２脚部２２１，２２２から基部２３を介して外部へ伝わる振動漏れを抑制するのに好ましい。さらに、本発明では溝部２３３が±Ｙ軸方向に沿って８つ形成されるので、１つの溝部２３３が形成された場合と比較して、本発明では各溝部２３３の±Ｙ軸方向の寸法は短くなるように設定されることが想定される。この場合、１つの溝部２３３が形成された場合と比較して、本発明にかかる水晶振動片２の基部２３の強度を上げることができる。

また、基部２３の表側主面２４１の溝部２３３が形成された部位に対向する裏側主面２４２の対向部位で、引出電極２９１，２９２と電極パッド１６１，１６２とが電気的に接続されるので、電極の導通面積によって、温度特性に影響を及ぼすのを抑制することが可能となる。また、製造工程における常温偏差の周波数のバラツキを抑えることができる。

すなわち、表側主面２４１の溝部２３３が形成された部位に対向する裏側主面２４２の対向部位に溝部２３３が形成された場合、引出電極２９１，２９２だけでなく基板素地にも電極パッド１６１，１６２もしくは導電性接着剤１４が接着する。なお、溝部２３３内には電極が形成されないものとする。このとき、引出電極２９１，２９２の面積が減少することで、結果として引出電極２９１，２９２と電極パッド１６１，１６２との導電性接着剤１４による導通面積が減少するので、温度特性を悪くする傾向にある。ここでいう温度特性とは、温度変化に対する抵抗値（基板に水晶が用いられている場合はＣＩ値）の変動を示す特性で、一部の温度において抵抗値が急激に変化する（ジャンプする）という不具合があった。これに対して、本発明では、表側主面２４１の溝部２３３が形成された部位に対向する裏側主面２４２の対向部位に溝部２３３が形成されていないので、このような不具合がなく、温度特性に影響を及ぼすのを抑制することが可能となる。

また、基部２３の脚部側に形成されている溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法は、その±Ｙ軸方向側に隣接する他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長いので、基部２３の表側主面２４１に形成される引出電極２９１，２９２の形成領域を確保することができる。そのため、溝部２３３の形成による引出電極２９１，２９２のショートを防ぐことができる。

また、上記したように、本実施例にかかる水晶振動子１によれば、ベース１１とキャップ１２とから内部空間１３を有するパッケージが構成され、内部空間１３内のベース１１上に、上記した水晶振動片２が保持されているので、上記した本発明にかかる水晶振動片２と同様の作用効果を有する。

また、本発明は、他の軸方向（±Ｙ軸，±Ｚ軸など）に限定されるものではないため、他の軸方向を任意の方向に向けることが可能となる。例えば、図１に示すような水晶振動片２の第１，２脚部２２１，２２２から基部２３に向けた軸が＋Ｙ軸ではなく、−Ｙ軸であってもよい。その結果、内部空間１３内における水晶振動片２の保持設計の自由度を増やすことが可能となる。

なお、本実施例では、２本の第１，２脚部２２１，２２２から構成されているが、脚部が複数本で構成されていればその本数は限定されるものでなく、例えば、４本の脚部から構成されてもよい。

また、本実施例では、基部の表側主面２４１に、その両側端２３１，２３２からそれぞれ±Ｘ軸方向に沿って溝部２３３が形成されているが、これは好適な例であり、これに限定されるものではなく、いずれか一方の側面から±Ｘ軸方向のいずれかの方向に沿って溝部２３３が形成されることで、本発明の作用効果を有することができる。

また、本実施例では、両側端２３１，２３２それぞれにおいて、溝部２３３が±Ｙ軸方向に沿って４つずつ（合計８つ）形成されているが、溝部２３３の本数はこれに限定されるものでなく、任意に設定可能である。

また、本実施例では、基部の表側主面２４１に、その両側端２３１，２３２からそれぞれ±Ｘ軸方向に沿って溝部２３３が形成されているが、これは好適な例であり、両側端２３１，２３２の近傍であってもよく、厳密に両側端２３１，２３２からそれぞれ±Ｘ軸方向に沿って溝部２３３が形成されていなくてもよい。

また、本実施例では、基部２３の脚部側に形成されている溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法は、他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長いが、これに限定されるものではなく、溝部２３３の少なくとも一つの±Ｘ軸方向の寸法が、その−Ｙ軸方向側に隣接する他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長ければよい。例えば、図４に示すような溝部２３３であってもよい。この図４に示す溝部２３３の場合、すべての溝部２３３において、溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法は、その−Ｙ軸方向側に隣接する他の溝部２３３の±Ｘ軸方向の寸法より長くなるように設定されている。

また、本実施例では、溝部２３３が形成された部位に対向する基部２３の裏側主面２４２の対向部位とは、溝部２３３に対応する基部２３の裏側主面の対向位置としているが、これに限定されるものではなく、溝部２３３に対応する基部２３の裏側主面の対向位置及びその近傍領域を、溝部２３３が形成された部位に対向する基部２３の裏側主面２４２の対向部位としてもよい。

なお、本発明は、その精神（主旨）または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、音叉型水晶振動片などの圧電振動片、及び音叉型水晶振動子などの圧電振動デバイスに適用できる。

図１は、本実施例にかかる、キャップは外した状態の水晶振動子の概略平面図である。 図２は、本実施例にかかる水晶振動子の内部空間を示した側面図である。 図３（ａ）は、本実施例にかかる水晶振動片の平面図である。図３（ｂ）は、本実施例にかかる水晶振動片の裏面図である。 図４は、本実施例の他の例にかかる水晶振動片の平面図である。

符号の説明

１ 水晶振動子（圧電振動デバイス）
１１ ベース
１２ キャップ
１３ 内部空間
２ 水晶振動片（圧電振動片）
２１ 基板
２２１，２２２ 第１，２脚部（脚部）
２３ 基部
２３１，２３２ 基部の両側端（基部の側面）
２３３ 溝部
２４１ 表側主面
２４２ 裏側主面
２７，２８ 第１，２励振電極（励振電極）
２９１，２９２ 引出電極

Claims (4)

1. 基部と、この基部から突出した複数本の脚部とから構成され、
   異電位で構成された励振電極が前記脚部に形成されるとともに、
   前記励振電極を前記基部で外部電極と電気的に接続させるために前記励振電極から引き出された引出電極が前記基部および前記脚部に形成された圧電振動片において、
   前記基部の表側主面には、少なくとも一つの側面から±Ｘ軸方向に沿って溝部が形成され、かつ、前記溝部が±Ｙ軸方向に沿って複数形成されたことを特徴とする圧電振動片。
2. 前記表側主面の前記溝部が形成された部位に対向する前記基部の裏側主面の対向部位で、前記引出電極と外部電極とが電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記溝部の少なくとも１つの前記±Ｘ軸方向の寸法は、その前記±Ｙ軸方向側に隣接する他の前記溝部の前記±Ｘ軸方向の寸法より長いことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動片。
4. ベースとキャップとから内部空間を有するパッケージが構成され、前記内部空間内の前記ベース上に、請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動片が保持されたことを特徴とする圧電振動デバイス。

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