JP2007049748A5

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Publication number: JP2007049748A5
Application number: JP2006287991A
Authority: JP
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2024-05-11

Description

音叉型圧電振動片

本発明は音叉型圧電振動片に係り、特に衝撃により振動片が破損するのを防止するのに好適な音叉型圧電振動片に関する。

表面実装型の音叉型圧電振動片には、基部の一端から振動腕が延びた構造のもの、あるいは基部の一端から振動腕が延びた音叉型圧電振動片本体と、基部に接続されるとともに音叉型圧電振動片本体を枠状に囲む支持部とからなる構造のものがある。図４および図５に従来技術に係る音叉型圧電振動片の説明図を示す。図４（ａ）および図５（ａ）は音叉型圧電振動片の平面図、図４（ｂ）および図５（ｂ）は音叉型圧電振動片をパッケージへ実装したときの断面図を示す。基部１１０および振動腕１１１からなる音叉型圧電振動片１１２をパッケージ１１３に実装するときは、基部１１０の裏面に設けられた接続電極とパッケージ１１３に設けられたパッケージ側マウント電極１１４とを導電性接着剤１１５を介して接合固着している（図４参照）。また基部１２０および振動腕１２１からなる音叉型圧電振動片本体１２２と、音叉型圧電振動片本体１２２を枠状に囲む支持部１２３からなる音叉型圧電振動片１２４をパッケージ１２５に実装するときは、支持部１２３の長手方向両端にそれぞれ設けられた接続電極とパッケージに設けられたパッケージ側マウント電極１２６とを導電性接着剤１２７を介して接合固着している（図５参照）。

また音叉型圧電振動片には、基部、振動腕および前記基部から突出して形成されたＬ字型枝からなる構造のものがある（特許文献１）。また音叉型圧電振動片本体と音叉型圧電振動片本体を枠状に囲む支持部とからなる音叉型圧電振動片の前記支持部に、上下それぞれの方向から半田材を介してケースを接合して音叉型圧電振動子とした構造のものがある（特許文献２）。
特開昭５７−１８５７１７号公報特開昭５４−５８３９５号公報

ところで、基部および振動腕からなる音叉型圧電振動片はパッケージと２箇所のみで支持されるので、音叉型圧電振動片をパッケージの底面に対して平行に実装できない場合がある。すなわち音叉型圧電振動片の先端側が平行に実装したときに比べて上側または下側に傾いて、実装にバラツキを生じる問題点があった。また基部および振動腕からなる音叉型圧電振動片はパッケージと２箇所のみで支持した場合、および基部、振動腕および支持部からなる音叉型圧電振動片を上述したように実装した場合は、落下等による強い衝撃が音叉型圧電振動片に加わると、振動腕の先端がパッケージに衝突することがあった。この衝突により振動腕にワレやカケ等の破損が発生し、音叉型圧電振動片の周波数特性が悪化する問題点があった。特に近年は、音叉型圧電振動片が小型化・薄型化されているので、衝撃に弱い問題点があった。

特許文献１に記載された音叉型圧電振動片は、パッケージへの実装について記載がされておらず、また音叉型振動片において衝撃等を吸収する場所は見当たらない。また特許文献２に記載された音叉型圧電振動片は、上述したように支持部がケースに挟持されているので、衝撃を吸収する場所が見当たらない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、パッケージの底面に対して平行に実装するとともに、振動腕がパッケージに衝突するのを防止する表面実装型の音叉型圧電振動片および音叉型圧電振動片の実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る音叉型圧電振動片は、複数の振動腕を有する音叉型圧電振動片本体と、前記音叉型圧電振動片本体の長手方向と交わる方向に沿って形成され、前記圧電振動片本体に接続する短辺部と、前記短辺部から前記音叉型圧電振動片本体の長手方向に沿って形成された長辺部と、前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に近い内側に形成された切れ込みと、前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に遠い外側に形成された切れ込みと、を備えたことを特徴としている。

前記内側の切れ込みと外側の切れ込みにより衝撃緩和部が構成され、音叉型圧電振動片に衝撃が加わった場合は、衝撃緩和部が切れ込み部分で湾曲しながら上下に振動することにより衝撃を緩和することができる。このため音叉型圧電振動片本体は激しく振られることがなく、僅かに上下に動くだけなので、パッケージに衝突することがない。よって音叉型圧電振動片本体がパッケージに衝突するのを防止できる。

また、前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に近い内側に形成された切れ込みと、前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に遠い外側に形成された切れ込みとは、交互に形成するようにできる。これにより、長辺部内外の切れ込み部は連続的に屈曲したばね状に形成され、衝撃が加わったときに撓み作用により衝撃を緩和し、前記音叉型圧電振動片本体への衝撃力の伝達を吸収する。

また前記音叉型圧電振動片本体と、前記短辺部と、前記長辺部とを合わせた重心位置よりも前記振動腕の先端側における前記長辺部にマウント部を設けたことを特徴としている。これにより衝撃が加わった際に衝撃緩和部が優先的に湾曲し、音叉型圧電振動片自体の変位が抑えられるため、音叉型圧電振動片がパッケージに衝突するのを防止することができる。

また前記長辺部を前記マウント部から前記振動腕の先端側へ延設し、前記音叉型圧電振動片本体の長手方向と交わる方向に沿って形成するとともに、前記長辺部と接続した支持部を設けたことを特徴としている。すなわち音叉型圧電振動片は、音叉型圧電振動片本体の周囲を囲む枠部を有し、前記枠部の長辺部に衝撃緩和部を設け、振動腕先端側の前記枠部の短辺部に支持部を設けた構成である。

支持部を設けたことにより、音叉型圧電振動片をパッケージベースに実装するときは支持部をマウントすることができる。また長辺部もマウントをするので、音叉型圧電振動片は少なくとも３箇所でマウントされる。

このため音叉型圧電振動片をパッケージベースの底面に対して平行に実装することができる。また音叉型圧電振動片に衝撃が加わった場合は、衝撃緩和部が湾曲しながら上下に振動するので衝撃を緩和することができる。そして音叉型圧電振動片本体は僅かに上下に動くだけなので、音叉型圧電振動片本体がパッケージに衝突するのを防止することができる。

また前記長辺部の先端を前記音叉型圧電振動片本体の長手方向と交わる方向に沿って延設して、前記振動腕の先端側に短辺部を形成し、当該短辺部の下面にマウント部を設けたことを特徴としている。マウント部は音叉型圧電振動片の重心よりも振動腕の先端側に位置することになる。したがって音叉型圧電振動片に加わった衝撃を衝撃緩和部で緩和することができ、音叉型圧電振動片本体がパッケージに衝突するのを防止できる。

以下に、本発明に係る音叉型圧電振動片の実施形態について説明する。なお、以下に記載するものは本発明の実施の一形態にすぎず、本発明はこれに限定されるものでない。

本発明に係る音叉型圧電振動片の基本構成について説明する。図２（ａ）は音叉型圧電振動片の平面図、図２（ｂ）は音叉型圧電振動子の断面図、図２（ｃ）は音叉型圧電振動子に加わった衝撃を、音叉型圧電振動片が緩和する説明図である。音叉型圧電振動片５０は基部５２の一端から振動腕５４が延びてなる音叉型圧電振動片本体５６を有している。この音叉型圧電振動片本体５６には、音叉型圧電振動片本体５６の長手方向と交わる方向に沿う短辺部５７と、該短辺部５７の両端から音叉型圧電振動片本体５６の長手方向に沿って形成した長辺部５８からなる衝撃緩和部７２が接続されている。そして長辺部５８の振動腕５４の先端側には、音叉型圧電振動片本体５６の長手方向と交わる方向に沿う支持部５９が接続されている。

前記長辺部５８にはそれぞれマウント部が設けられ、このマウント部の下面には音叉型圧電振動片５０をパッケージベース６０に実装するときに用いられる接続電極（不図示）が形成されている。この接続電極を設けたマウント部７４は、音叉型圧電振動片５０の長手方向の重心位置よりも振動腕５４に近い側（振動腕５４の先端側）に設けられている。また前記接続電極は音叉型圧電振動片本体５６に設けられた励振電極（不図示）と、後述する衝撃緩和部７２に設けられた引出し電極（不図示）を介して導通している。また支持部５９は、音叉型圧電振動片５０をパッケージベース６０に実装するためのマウント部となる。このマウント部は前記接続電極よりも振動腕５４先端側の長辺部５８に複数設けてもよい。

そして振動腕５４と長辺部５８の間隔は、音叉型圧電振動片５０に衝撃が加わったときに振動腕５４が振動する左右方向の振幅よりも広く形成してある。

上記基本構成に対し、衝撃緩和機能を持たせた本発明の実施形態に係る音叉型圧電振動片の具体的構成を図１に示す。当該音叉型圧電振動片５０は、振動片本体５６を囲繞する枠部７６の長辺部５８におけるマウント部７４と基部側の短辺部５７との間に衝撃緩和部７２を設けている。そして長辺部５８の長さ方向に沿って、長辺部５８の内側と外側とから交互に切れ込みを入れることにより形成されている。すなわち衝撃緩和部７２をばね状に形成している。そして衝撃緩和部７２の長さや、前記切れ込みの幅や長さは、音叉型圧電振動片５０の大きさや重心位置等によって適宜設計される。このような衝撃緩和部７２は、音叉型圧電振動片５０をエッチングにより形成するのと同時に形成すればよい。このような音叉型圧電振動片５０をパッケージ（図（２）ｂ参照）に搭載すると音叉型圧電振動子が形成される。そして音叉型圧電振動子に衝撃が加わると音叉型圧電振動片５０に衝撃が伝わるが、衝撃緩和部７２が振れて、衝撃を緩和することができる。また音叉型圧電振動片本体５６からマウント部７４までの距離が遠くなるので、屈曲振動の振動漏れを減衰させることができ、振動特性の優れた音叉型圧電振動子を得ることができる。

このような構成の音叉型圧電振動片５０は、長辺部５８に設けられた前記接続電極と、パッケージベース６０に設けられたパッケージ側マウント電極６２とが接合材６４により接合固着されている。また支持部５９の下面は、接合材６４を介してパッケージベース６０に接合固着されている。支持部５９とパッケージベース６０を接合するときは、支持部５９の下面両端の２箇所に接合材６４を塗布して接合してもよく、また支持部５９の下面全体の１箇所に接合材６４を塗布して接合してもよい。そして前記接続電極とパッケージ側マウント電極６２を接合させる接合材６４には導電性接着剤、導電性シート、導電性フィルム、金バンプまたは金−錫合金のロウ材等が用いられる。特にシリコーン系の導電性接着剤を用いると耐熱性が向上し、前記導電性接着剤から発生するガスを抑えることができる。また金バンプを用いるとガスが発生しないので、パッケージ６６を真空封止するのに好適となる。なお所望の電気伝導度が得られない場合には、ボンディングワイヤを介して導電性を得るようにしてもよい。また支持部５９とパッケージベース６０を接合する接合材６４には上述した接合材を用いることもでき、さらに導電性を有しない接合材を用いることもできる。そしてパッケージベース６０の上端面に低融点ガラスを介して、またはシーム溶接によりリッド６８を接合し、音叉型圧電振動子７０を構成する。

次に、音叉型圧電振動子７０に落下等による衝撃が加わったときの音叉型圧電振動片５０の作用について説明する。音叉型圧電振動子７０に衝撃が加わると、衝撃が音叉型圧電振動片５０に伝搬される。すると、衝撃緩和部７２は衝撃を緩和する機能を有しているので、衝撃緩和部７２が前記接続電極の位置を中心として湾曲しつつ上下に振動する。この振動によって音叉型圧電振動片５０に伝搬される衝撃が緩和される。このため音叉型圧電振動片５０は振動腕５４の先端が僅かに上下に動くだけなので、音叉型圧電振動片本体５６がパッケージ６６に衝突することはない（図２（ｃ）参照）。また振動腕５４と長辺部５８が衝突することもない。

このような構成において、音叉型圧電振動片５０の衝撃緩和部７２は衝撃を緩和する機能を有しているので、音叉型圧電振動子７０に衝撃が加わった場合でも衝撃緩和部７２が衝撃を緩和し、音叉型圧電振動片本体５６が激しく振られることがない。このため音叉型圧電振動片５０がパッケージ６６に衝突してワレ、カケ等の破損を生じることがない。また音叉型圧電振動片は衝撃を緩和する機能を有しているので、音叉型圧電振動片を小型化・薄型化しても破損することがない。さらに衝撃により周波数特性等が変わることがなく、信頼性の高い音叉型圧電振動片５０を提供することができる。

また衝撃緩和部７２は、音叉型圧電振動片５０の屈曲振動から伝搬する振動漏れも減衰することができる。このためクリスタルインピーダンス値が減少するとともに、振動特性の優れた音叉型圧電振動子７０にすることができる。

また振動腕５４と長辺部５８の間隔は、音叉型圧電振動片５０に衝撃が加わったときに振動腕５４が左右に振れても長辺部５８へ衝突しない距離を有しているので、振動腕５４と長辺部５８が衝突してカケやワレ等の破損を生じることがない。

また長辺部５８に設けられたマウント部を音叉型圧電振動片５０の長手方向の重心位置よりも振動腕５４に近い側に設けることで基部５２側の変位が優先的に起こり、衝撃が加わった際に音叉型圧電振動片５０自体の変位量が抑制され、音叉型圧電振動片５０がパッケージに衝突してワレやカケを発生することがない。
また、音叉型圧電振動片５０には、音叉型圧電振動片５０を囲繞する枠部７６が形成されているので、この枠部を有していない音叉型圧電振動片に比べて機械強度を向上させることができる。
そして、上述した音叉型圧電振動片５０を用いて音叉型圧電発振器やリアルタイムクロックを形成することができる。

本発明は、図３に示した音叉型圧電振動片にも適用できる。この音叉型圧電振動片１０は基部１２の一端から振動腕１４が延びてなる音叉型圧電振動片本体１６を有しているもので、支持部５９（図２参照）が省略された構成となっている。この音叉型圧電振動片本体１６には、音叉型圧電振動片本体１６の長手方向と交わる方向に沿う短辺部１８と、該短辺部１８の両端から音叉型圧電振動片本体１６の長手方向に沿って形成した長辺部２０からなり、この長辺部２０に上記衝撃緩和部７２を形成すればよい。振動腕１４と長辺部２０の間隔は、音叉型圧電振動片１０に衝撃が加わったときに振動腕１４が振動する左右方向の振幅よりも広く形成してある。

本発明に係る音叉型圧電振動片の衝撃緩和部の説明図である。実施形態に係る音叉型圧電振動片の基本構成例を示す説明図である。実施形態に係る音叉型圧電振動片の他の基本構成例を示す説明図である。従来の技術に係り、基部と振動腕を有する音叉型圧電振動片の説明図である。従来の技術に係り、基部、振動腕および支持部を有する音叉型圧電振動片の説明図である。

符号の説明

１０………音叉型圧電振動片、１２………基部、１４………振動腕、１６………音叉型圧電振動片本体、１８………短辺部、２０………長辺部、２２………衝撃緩和部、２６………マウント部、５０………音叉型圧電振動片、５２………基部、５４………振動腕、５６………音叉型圧電振動片本体、５８………長辺部、７２………衝撃緩和部、７４………マウント部、７６………枠部。

Claims

複数の振動腕を有する音叉型圧電振動片本体と、
前記音叉型圧電振動片本体の長手方向と交わる方向に沿って形成され、前記圧電振動片本体に接続する短辺部と、
前記短辺部から前記音叉型圧電振動片本体の長手方向に沿って形成された長辺部と、
前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に近い内側に形成された切れ込みと、
前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に遠い外側に形成された切れ込みと、
を備えたことを特徴とする音叉型圧電振動片。
前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に近い内側に形成された切れ込みと、
前記長辺部の前記音叉型圧電振動片本体に遠い外側に形成された切れ込みとは、交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
前記音叉型圧電振動片本体と、前記短辺部と、前記長辺部とを合わせた重心位置よりも前記振動腕の先端側における前記長辺部にマウント部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
前記長辺部を前記マウント部から前記振動腕の先端側へ延設し、前記音叉型圧電振動片本体の長手方向と交わる方向に沿って形成するとともに、前記長辺部と接続した支持部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の音叉型圧電振動片。
前記長辺部の先端を前記音叉型圧電振動片本体の長手方向と交わる方向に沿って延設して、前記振動腕の先端側に短辺部を形成し、当該短辺部の下面にマウント部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の音叉型圧電振動片。