JP2008098909A - Piezoelectric vibration piece and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片と、該圧電振動片をパッケージに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 vibrating piece and a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is housed in a 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やジャイロセンサなどの計測機器において、パッケージなどの内部に圧電振動片を収容した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。 Packages such as 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 measuring devices such as gyro sensors Piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators that house a piezoelectric vibrating piece inside are widely used.
すなわち、パッケージ内に圧電振動片を収容した構成の圧電デバイスに、圧電振動片のパッケージに対する接合強度の向上や、接合による振動性能への悪影響防止のために、接合支持するための支持用アームを備えた圧電振動片、およびこのような圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイスが工夫されている(特許文献1)。 That is, a support arm for bonding and supporting a piezoelectric device having a configuration in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a package is provided to improve the bonding strength of the piezoelectric vibrating piece to the package and to prevent adverse effects on vibration performance due to bonding. A piezoelectric vibrating piece provided and a piezoelectric device in which such a piezoelectric vibrating piece is housed in a package have been devised (Patent Document 1).
図4は、特許文献1に示された圧電振動片を簡略化して示した概略平面図である。
図において、圧電振動片1は、全体が水晶などの圧電材料により形成されている。
すなわち、圧電振動片1は、基部2と、該基部2から平行に長く延びる振動腕3,4と、前記基部2から延びており、前記振動腕3,4の外側に位置する一対の支持用アーム5,6を備えており、たとえば、32.768kHzの周波数で屈曲振動するものである。
FIG. 4 is a schematic plan view illustrating the piezoelectric vibrating piece disclosed in Patent Document 1 in a simplified manner.
In the figure, the entire piezoelectric vibrating piece 1 is formed of a piezoelectric material such as quartz.
That is, the piezoelectric vibrating reed 1 includes a
このような圧電振動片1は、図示しないパッケージ内部に対して、支持用アーム5,6を利用して接合されている。
具体的には、支持用アーム5の符合5a,5bで示す2点、および支持用アーム6の符合6a,6bで示す2点の合計4箇所において、導電性接着剤、特に弾性率(弾性係数)が低いシリコン系接着剤などにより接合固定されている。
Specifically, the conductive adhesive, particularly the elastic modulus (elastic modulus), at a total of four points including two points indicated by
ところで、圧電振動片1に駆動電圧を印加すると、圧電効果によって、図4で矢印Dに示すように振動腕3,4が互いに接近・離間するように屈曲振動する。この屈曲振動の共振周波数に基づいて所望の周波数の信号を出力する。屈曲振動は、図5のAに示すように、屈曲振動の共振周波数(例えば、32.768KHz)において、機械的効率を表わすQ値のピークがある。
By the way, when a drive voltage is applied to the piezoelectric vibrating reed 1, the vibrating
しかし、屈曲振動ではないスプリアス(不要振動)の共振周波数が屈曲振動の共振周波数に近い場合、モード結合が生じ、振動が不安定となりCI値増加と、出力周波数の誤差を招く。
たとえば、図4のFのように、振動腕の一方が−Z軸方向に振れる際、もう一方の振動腕は+Z軸方向に振れるWALKモードのスプリアスがある。WALKモードでは、図5のCのように屈曲振動の共振周波数よりも高い周波数においてQ値がピークになる。
また、支持アームを有する音叉型振動片において、Z同相モードとよばれるスプリアスが存在する。Z同相モードは、図4のEのように支持アーム5と基部2との接続部と支持アーム6と基部2との接続部とが一緒に+Z軸方向への振れと−Z軸方向への振れを繰り返すスプリアスである。
WALKモードの共振周波数は、振動腕幅や厚みを調節することによって屈曲振動の共振周波数から離すことが可能であるが、同時に、Z同相モードの共振周波数を制御することは困難であった。
However, when the resonance frequency of spurious (unnecessary vibration) that is not bending vibration is close to the resonance frequency of bending vibration, mode coupling occurs, and the vibration becomes unstable, resulting in an increase in CI value and an error in output frequency.
For example, as shown in FIG. 4F, when one of the vibrating arms swings in the −Z-axis direction, the other vibrating arm has a WALK mode spurious that swings in the + Z-axis direction. In the WALK mode, the Q value peaks at a frequency higher than the resonance frequency of the bending vibration as shown in FIG.
Further, in a tuning fork type vibrating piece having a support arm, there is a spurious called a Z common mode. In the Z common mode, as shown in FIG. 4E, the connecting portion between the
The resonance frequency of the WALK mode can be separated from the resonance frequency of the bending vibration by adjusting the width and thickness of the vibrating arm, but at the same time, it is difficult to control the resonance frequency of the Z common mode.
この発明は、支持アームを介して圧電振動片を支持する場合に発生するZ同相モードの結合を解消するという新たな課題を解決した圧電振動片とこれを利用した圧電デバイスを提供することすることを目的とする。 The present invention provides a piezoelectric vibrating piece that solves the new problem of eliminating the coupling of the Z common mode that occurs when the piezoelectric vibrating piece is supported via a support arm, and a piezoelectric device using the same. With the goal.
上記の目的は、第1の発明によれば、圧電材料により形成された基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から両幅方向に延長された幅方向延長部を有し、該幅方向延長部を基端として、前記振動腕の両外側において、該振動腕と同じ方向に延びる一対の支持用アームとを有しており、各支持用アームは導電性接着剤を介してパッケージに接合される構成とされており、かつ、前記各支持用アームの前記基部に近接した領域の表面に、錘用金属膜が形成されている圧電振動片により、達成される。 The above object, according to the first invention, has a base portion made of a piezoelectric material, a plurality of vibrating arms extending from the base portion, and a width direction extension portion extending in both width directions from the base portion, A pair of supporting arms extending in the same direction as the vibrating arm on both outer sides of the vibrating arm with the width direction extension as a base end, and each supporting arm via a conductive adhesive This is achieved by a piezoelectric vibrating piece that is configured to be bonded to a package and that has a metal film for weight formed on the surface of a region close to the base of each of the supporting arms.
第1の発明の構成によれば、基部の一端から屈曲振動する振動腕が伸びていて、これとは別に、該基部から支持用アームが延びている。
このため、支持用アームがパッケージなどの基体側に接着などにより接合された場合においては、周囲温度の変化や、落下衝撃などを原因として、その接合箇所に生じた応力変化が、支持用アームの接合箇所から、前記基部の他端までの距離を隔てて、さらには基部から所定距離を隔てて振動腕に影響を与えることはほとんどない。
しかも、これとは逆に屈曲振動する振動腕からの振動漏れは、基部を隔てた支持用アームに達するまでに所定距離を隔てていることから、ほとんど及ぶことがない。
しかも、前記各支持用アームの前記基部に近接した領域の表面に、錘用金属膜が形成されていることにより、スプリアスモードであるZ同相モードの振動の周波数が、屈曲振動の振動モードの周波数に接近してモード結合することを防止することができ、これにより、圧電振動片のCI値の上昇を防ぐことができる。
According to the configuration of the first invention, the vibrating arm that bends and vibrates extends from one end of the base, and separately, the supporting arm extends from the base.
For this reason, when the support arm is bonded to the base of the package or the like by bonding or the like, the stress change generated at the bonded portion due to a change in ambient temperature or a drop impact is caused by the change in the support arm. The vibrating arm is hardly affected at a distance from the joint location to the other end of the base, and further at a predetermined distance from the base.
In addition, vibration leakage from a vibrating arm that bends and vibrates on the contrary is rarely reached because a predetermined distance is reached before reaching the supporting arm across the base.
In addition, since the weight metal film is formed on the surface of the region close to the base of each of the supporting arms, the frequency of the vibration in the Z common mode, which is a spurious mode, is the frequency of the vibration mode in the bending vibration. , And mode coupling can be prevented, thereby preventing an increase in the CI value of the piezoelectric vibrating piece.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記各支持アームは、それぞれ、第1の領域および前記第1の領域よりも該支持アームの先端側の第2の領域においてパッケージに接合されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, each of the support arms is joined to the package in the first region and in the second region closer to the distal end of the support arm than the first region. It is characterized by.
第3の発明は、第1または2の発明の構成において、前記振動腕には、駆動用の電極として励振電極が形成されているとともに、該励振電極のパターンが前記基部を通り、引出電極として前記支持用アームまで引き回されており、前記各支持用アームの前記基部に近接した領域の一部の前記引出電極の厚みを付加することにより、前記錘用金属膜が形成されていることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、引出電極とは別個に錘用の金属膜を形成することにより、スプリアスモードであるZ同相モードの振動の周波数が、屈曲振動の振動モードの周波数に接近するのを防止することができるものである。
According to a third invention, in the configuration of the first or second invention, an excitation electrode is formed on the vibrating arm as a drive electrode, and a pattern of the excitation electrode passes through the base and serves as an extraction electrode. The weight metal film is formed by adding the thickness of the extraction electrode in a part of the region close to the base of each of the support arms. Features.
According to the configuration of the second invention, by forming the metal film for the weight separately from the extraction electrode, the frequency of the vibration in the Z common mode, which is a spurious mode, approaches the frequency of the vibration mode in the bending vibration. Can be prevented.
第4の発明は、第3の発明の構成において、前記振動腕の励振電極と引出電極は、圧電材料に形成される下地層と、該下地層の表面に形成された電極層の2層の金属層により形成されているとともに、前記厚みが付加された部分である錘用金属膜は、前記引出電極の表面にさらに前記下地層と同じ金属層を形成し、その表面に前記電極層と同じ金属層を形成してなることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、錘用金属膜を引出電極と同じ電極金属で形成することにより、引出電極と同じ製造手段を利用して、該錘用金属膜を形成することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, the excitation electrode and the extraction electrode of the resonating arm are composed of a base layer formed on a piezoelectric material and an electrode layer formed on the surface of the base layer. The weight metal film, which is a portion to which the thickness is added, is formed of a metal layer, further forms the same metal layer as the base layer on the surface of the extraction electrode, and the same as the electrode layer on the surface A metal layer is formed.
According to the configuration of the fourth invention, the metal film for weight can be formed by using the same manufacturing means as the extraction electrode by forming the metal film for weight with the same electrode metal as the extraction electrode.
第5の発明は、第4の発明の構成において、前記振動腕の先端部には、前記励振電極と同様に下地層と電極層に対応する金属層で形成した周波数調整部が形成されており、前記錘用金属膜が、前記周波数調整部と同時に同じ工程で形成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、周波数調整部の金属層を形成するのと同時に錘用金属膜を形成することができるので、製造工程が実質的に増えること無しに、錘用金属膜を形成することができる。
According to a fifth aspect of the invention, in the configuration of the fourth aspect of the invention, the tip of the vibrating arm is formed with a frequency adjustment portion formed of a base layer and a metal layer corresponding to the electrode layer, similar to the excitation electrode. The weight metal film is formed in the same process as the frequency adjusting unit.
According to the configuration of the fifth invention, since the metal film for the weight can be formed simultaneously with the formation of the metal layer of the frequency adjusting portion, the metal film for the weight can be formed without substantially increasing the manufacturing process. Can be formed.
上記目的は、第6の発明にあっては、パッケージ内に圧電振動片を収容して、蓋体により気密に封止する構成の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基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から両幅方向に延長された幅方向延長部を有し、該幅方向延長部を基端として、前記振動腕の両外側において、該振動腕と同じ方向に延びる一対の支持用アームとを有しており、各支持用アームは、導電性接着剤を介してパッケージに接合される構成とされており、かつ、前記各支持用アームの前記基部に近接した領域の表面に、錘用金属膜が形成されている圧電デバイスにより、達成される。
第6の発明の構成によれば、第1の発明と同じ原理により、スプリアスモードであるZ同相モードの振動の周波数が、屈曲振動の周波数に接近することを防止することができ、これにより、圧電デバイスのCI値の上昇を防ぐことができる。
According to the sixth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device having a configuration in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package and hermetically sealed by a lid, wherein the piezoelectric vibrating piece is formed of a piezoelectric material. And a plurality of vibrating arms extending from the base, and a width direction extending portion extending in both width directions from the base, with the width direction extending portion serving as a base end on both outer sides of the vibrating arm. And a pair of supporting arms extending in the same direction as the vibrating arms, each supporting arm being configured to be joined to the package via a conductive adhesive, and each of the supporting arms This is achieved by a piezoelectric device in which a metal film for weight is formed on the surface of a region close to the base of the arm for use.
According to the configuration of the sixth invention, according to the same principle as the first invention, it is possible to prevent the vibration frequency of the Z common mode that is the spurious mode from approaching the frequency of the flexural vibration. An increase in CI value of the piezoelectric device can be prevented.
図1及び図2は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のA−A線切断端面図、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斜視図である。
これらの図において、圧電デバイス30は、水晶振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス30は、収容容器としてのパッケージ57内に圧電振動片32を収容している。パッケージ57は、例えば、図1および図2を参照して理解されるように、一方向にやや長い矩形の箱状のものである。
パッケージ57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54,55,56を順次積層した後、焼結して形成されている。第3の基板56は、その内側の材料を除去して所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Sを形成するようにされている。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。
1 and 2 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, FIG. 2 is an end view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. It is a schematic perspective view of the piezoelectric vibrating piece used for a piezoelectric device.
In these drawings, the
The
また、第2の基板55については、後述する圧電振動片32の振動腕の先端部の下方に相当する領域について、該基板の材料を除去することで、矩形の凹部23を形成している。このため、外部からの衝撃などにより、該振動腕の先端が、図2の矢印に示すように、下方に振れた際に、パッケージ57の内側底面に衝突して損傷することを防止するようにしている。
In addition, with respect to the second substrate 55, a rectangular recess 23 is formed by removing the material of the substrate in a region corresponding to the lower portion of the tip of the vibrating arm of the
このパッケージ57の内部には、圧電振動片32をマウントし、蓋体40で気密に封止するようにされている。ここで、蓋体40は、導電性を有する金属により形成されており、パッケージ57との熱膨張率が近似したものが適していて、好ましくは、鉄とコバルトの合金であるコバールの板体である。なお、蓋体40、あるいはパッケージ57のいずれかの箇所に、貫通孔を設けてコバールガラス(ホウ珪酸ガラス)などの窓を設け、光を透過する領域を形成して、外部からレーザー光がパッケージ内に照射できるようにすることもできる。
A piezoelectric vibrating
図2では、蓋体40に予め形成した孔に、バルク状のホウ珪酸ガラスなどを配置して、加熱溶融することにより、ガラス材料を一体化して形成した透明な窓部40aを示している。そして、図示の場合は、該窓部40aからレーザー光LBを透過させて、後述する圧電振動片32の振動腕の先端部に形成した金属膜でなる周波数調整部12を蒸散させることで、質量削減方式による周波数調整を行う様子を示している。
FIG. 2 shows a
パッケージ57の底部には孔封止用の貫通孔27が設けられている。
貫通孔27は、図2に示されているように、例えばパッケージ57の中央部付近であって、所定の強度をも耐えるためには凹部23から離れた箇所に設けることが好ましい。
この貫通孔27は、図2に示されているように、外部とパッケージ57の内部とを連通する孔であって、第1の孔25と、これより縮径された第2の孔26を重ねて設けることで、外向きの段部29を備えている。孔封止用の貫通孔は必ずしもこのような2重孔の構造を備える必要はなく、例えば外に向かって徐々に拡径するテーパ状の貫通孔でもよいが、段部29を有する孔とするとよい。つまり、蓋体によりパッケージを封止した後で、孔封止の際に、球形などのバルク状金属材料を段部29上に載置することが容易となる。そして、該載置状態で、当該金属材料にレーザー光などを当てて、加熱溶融することで、この貫通孔27に、例えば、Au−Ge等の金属封止材28を充填して、気密に封止することができる。
A through
As shown in FIG. 2, the through-
As shown in FIG. 2, the through
図2に示すように、パッケージ57の内面の底部には、図2の内部空間Sに露出するようにして、2つの電極部31,31が形成されている。
この電極部31,31は、パッケージの幅方向の両端部において、それぞれ長さ方法に沿って長く延びている。この電極部31,31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することができ、それぞれパッケージの外部に引き出されるか、図示しない導電スルーホールを設けることで、パッケージ57の底面に形成した実装端子41,41とそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 2, two
The
このように、電極部31,31は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものであり、各電極部31,31の上に、図1および図2に示すように、例えば、導電性接着剤43a,43b,43c,43dが塗布され、この導電性接着剤43a,43b,43c,43dの上に、後述する圧電振動片の支持用アームが載置され、該導電性接着剤が硬化されることで、接合されるようになっている。
なお、導電性接着剤43a,43b,43c,43dとしては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
あるいは、導電性接着剤を使用しない場合には、金バンプなどの金属バンプを利用して接合するようにしてもよい。
Thus, the
In addition, as the
Or when not using a conductive adhesive, you may make it join using metal bumps, such as a gold bump.
図2に示すように、本実施形態のパッケージ57は小型であり、例えば縦寸法(D1)が2.0mm、横寸法(L1)が1.2mm程度である。そして、パッケージ57の蓋体に対する接合代L2が 0.2mm程度である。
また、パッケージ57の接合面には、例えば、金属ロウ材としてのシームリング58がプリフォームされている。このシームリング58の幅は、0.2mm〜0.15mm程度である。なお、シームリング58は蓋体40側にプリフォームされていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
Further, a seam ring 58 as a metal brazing material is preformed on the joint surface of the
圧電振動片32は、本実施形態では、小型にして必要な性能を得るために図1および図3に示すような形態とされている。
すなわち、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。この圧電振動片32は、図1に示すように、基部51と、この基部51の一端(図において右端)から、右方に向けて(図3においては斜め右方)、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕35,36を備えている。
各振動腕35,36の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝33,34をそれぞれ形成し、この長溝内に駆動用の電極である励振電極37,38が設けられている。
尚、この実施形態では、各振動腕35,36の先端部は、ややテーパ状に次第に拡幅されることにより、重量増加され、錘の役割を果たすようにされている。これにより、振動腕の屈曲振動がされやすくなっている。
In the present embodiment, the piezoelectric vibrating
That is, the piezoelectric vibrating
In this embodiment, the tip portions of the resonating
また、圧電振動片32は、その基部51の振動腕を形成した一端より、図1において、所定距離BL(基部長さ+切り込み部長さ)を隔てた他端(図において左端)において、基部51の幅方向に延長された幅方向延長部52,52を有し、その先端部から、各振動腕35,36の両外側の位置で、各振動腕35,36の延びる方向(図1において右方向)に、これら振動腕35,36と平行に延びている支持用アーム61,62を備えている。
このような圧電振動片32の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、後述するように、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
Further, the piezoelectric vibrating
The tuning fork-shaped outer shape of the piezoelectric vibrating
励振電極37,38は、長溝33,34内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極37,38は、それぞれ引出電極37a,38aとして、支持用アーム61,62に引き回されている。これにより、圧電デバイス30を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、実装端子41,41から、電極部31,31を介して圧電振動片32の各支持用アーム61,62の引出電極37a,38aに伝えられ、各励振電極37,38に伝えられるようになっている。
そして、長溝33,34内の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、各振動腕の長溝が形成された領域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。
The excitation electrodes 37 and 38 are formed in the
Then, by applying a driving voltage to the excitation electrodes in the
ここで、励振電極37,38は下地金属層の上に導通性に優れた金属で電極層を形成することで作られる。
この実施形態では、下地金属層として、クロム(Cr)層を成膜し、電極層として金(Au)層を成膜して、後述する製造工程において、フォトリソグラフィなどの手法により図1に示すような形状の電極に形成されている。
この場合、下地層と電極層(図示せず)の各成膜は、スパッタリングや蒸着により行われるが、水晶ウエハなどから多数の圧電振動片を形成するための工程では、蒸着により成膜するのが好ましい。
Here, the excitation electrodes 37 and 38 are formed by forming an electrode layer with a metal having excellent conductivity on the base metal layer.
In this embodiment, a chromium (Cr) layer is formed as a base metal layer, and a gold (Au) layer is formed as an electrode layer, and the method shown in FIG. The electrode is formed in such a shape.
In this case, each film formation of the base layer and the electrode layer (not shown) is performed by sputtering or vapor deposition, but in the process for forming a large number of piezoelectric vibrating reeds from a quartz wafer or the like, the film is formed by vapor deposition. Is preferred.
また、図3に示すように、好ましくは、基部51には、基部51の振動腕側の端部から十分離れた位置において、両側縁に、基部51の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部71,72を設けている。
これにより、振動腕35,36が屈曲振動する際に振動漏れが基部51側に漏れ、支持用アーム61,62に伝搬することを抑制し、CI値を低く抑えることができる。
なお、強度が許す場合には、基部51の例えば中心付近に図示しない貫通孔を形成し、該貫通孔周縁近傍に応力を集中させるようにすることで、振動漏れが、支持用アーム61,62に伝搬することを抑制し、CI値を低く抑えることができる。
Also, as shown in FIG. 3, preferably, the
Thereby, when the vibrating
When the strength permits, a through hole (not shown) is formed near the center of the
図1において、支持用アーム61,61とパッケージ57との接合箇所は、例えば、一方の支持用アーム61に関して、圧電振動片32の長さ方向の重心位置Gに相当する箇所を挟んで該重心位置から等距離離れた2点を選んで接合する。これにより、マウント実装を容易に行うことができる。なお、支持用アーム61とパッケージ57との接合箇所を支持用アーム61の先端側にすることもできる。
In FIG. 1, the joint between the
(Z同相モード)
ここで、支持アームを有する音叉型振動片においては、Z同相モードとよばれるスプリアスが存在する。Z同相モードは、既に説明した図4のEのように支持アーム5と基部2との接続部と支持アーム6と基部2との接続部とが一緒に+Z軸方向への振れと−Z軸方向への振れを繰り返すスプリアスである。
摂氏25度において、Z同相モードの共振周波数は、図5のB1に示すように屈曲振動の共振周波数よりも低い周波数において、機械的効率を表わすQ値がピークになる。しかし、低温になるとQ値のピークが高い周波数にシフトする。例えば、図5のB2は、摂氏−50度におけるZ同相モードのQ値である。
本実施形態において、Z同相モードの振動の節は、常温では、導電性接着剤43のヤング率が低いため、導電性接着剤43a(43c)の位置よりも支持アームの先端側に位置する。しかし、低温になると、導電性接着剤43のヤング率が高くなり、支持アームの基部側の導電性接着剤43a,43cがZ軸方向に動き難くなる。その結果、Z同相モードの節が支持アームの基部側の導電性接着剤43a,43cに近づいて、共振周波数が高くなる。すなわち、Q値のピークが高周波数側にシフトする。その結果、屈曲振動モードとZ同相モードとのモード結合が生じ、振動が不安定になり、CI値増加および周波数誤差が生じる。
振動腕の一方が−Z軸方向に振れる際、もう一方の振動腕は+Z軸方向に振れるWALKモードのスプリアス対策としては、振動腕幅、厚みおよび振動片先端の錘を調節することによって屈曲振動の共振周波数から離すことが可能であるが、同時に、Z同相モードの共振周波数を制御することが困難であった。また、支持用アーム61とパッケージ57との接合箇所を先端側にすることでZ同相モードの共振周波数を低周波にすることは可能であるが、低温になるとQ値のピークが高周波数側にシフトし、屈曲振動とモード結合する場合がある。
(Z common mode)
Here, in the tuning fork type vibration piece having the support arm, there is a spurious called a Z common mode. In the Z common mode, as shown in FIG. 4E, the connecting portion between the supporting
At 25 degrees Celsius, the resonance frequency of the Z common mode has a peak Q value representing mechanical efficiency at a frequency lower than the resonance frequency of the bending vibration, as indicated by B1 in FIG. However, when the temperature is lowered, the peak of the Q value shifts to a higher frequency. For example, B2 in FIG. 5 is the Q value of the Z common mode at −50 degrees Celsius.
In the present embodiment, the vibration node of the Z common mode is located at the distal end side of the support arm from the position of the
When one of the vibrating arms swings in the -Z-axis direction, the other vibrating arm swings in the + Z-axis direction. As a countermeasure against the spurious in the WALK mode, flexural vibration is achieved by adjusting the vibrating arm width, thickness, and weight at the tip of the vibrating piece. However, it is difficult to control the resonance frequency of the Z common mode at the same time. In addition, the resonance frequency of the Z common mode can be lowered by setting the joint between the
図3に示すように、圧電振動片32の各支持用アーム61,62の基部51に近接した領域には、錘用金属膜11,11が形成されている。なお、図3の圧電振動片32では、励振電極およびその引出電極の図示は省略されている。
この錘用金属膜11,11は、好ましくは、図1で説明した引出電極37a,38a
と同じ構造であり、当該各引出電極を部分的に厚く形成することにより、設けられている。
本実施形態においては、このような錘用金属膜11,11を設けることにより、圧電振動片32が駆動された際において、周波数の低い方のZ同相モードのスプリアス(図5の符号Bのスプリアス)が主振動である屈曲振動に接近することを防止することができ、これにより、圧電振動片のCI値の上昇を防ぐことができる。
また、錘用金属膜11,11が各引出電極と同じ金属材料で形成されるようにすれば、同じ製膜手段により形成することができる。
ここで、各引出電極を部分的に厚く形成する上では、例えば、通常の電極膜として、下地層のクロムが厚さ100オングストローム、その上の金が厚さ500オングストロームとして、合計600オングストロームとされていたものについて、例えば、15000ないし20000オングストロームの厚み増加となるように、蒸着などの技術を利用して金を追加して成膜することができる。
As shown in FIG. 3,
The
And each extraction electrode is provided by partially forming it thick.
In the present embodiment, by providing the
Further, if the
Here, in order to form each extraction electrode partially thick, for example, as a normal electrode film, the underlying layer of chromium is 100 angstroms thick, and the gold on it is 500 angstroms in total, which is 600 angstroms in total. For example, it is possible to form a film by adding gold by using a technique such as vapor deposition so as to increase the thickness of, for example, 15000 to 20000 angstrom.
さらに、図2で説明したように、圧電振動片32の振動腕の先端部には、励振電極37,38と同様に下地層と電極層に対応する金属層で形成した周波数調整部12,12が形成されている。そして、錘用金属膜11,11が、周波数調整部12,12と同時に同じ工程で形成されるようにすることもできる。このようにすることで、周波数調整部12,12の金属層を形成するのと同時に錘用金属膜11,11を形成することができるので、製造工程が実質的に増えること無しに、錘用金属膜11,11を形成することができる。
Further, as described with reference to FIG. 2, the
(変形実施例)
図1の構成の導電性接着剤43a,43b,43c,43dに変えて、一箇所の導電性接着剤によって支持アーム61をパッケージに接合する。このような構成とした場合であっても、Q値のピークは温度依存性を有することがわかった。導電性接着剤は、高温では接合部がZ軸方向に振動するため節にならないが、低温では導電性接着剤のヤング率が高くなり、Z同相モードの節が接合部に近づくからである。そこで、錘用金属膜11,11を設けることにより、圧電振動片32が駆動された際において、周波数の低い方のZ同相モードのスプリアス(図5の符号Bのスプリアス)が主振動である屈曲振動に接近することを防止することができ、これにより、圧電振動片のCI値の上昇を防ぐことができる。
(Modified Example)
Instead of 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、パッケージ内に圧電振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器、水晶フィルタ、SAWデバイス、ジャイロ、角度センサ等の名称にかかわらず、全ての圧電振動片とこれを利用した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 is not limited to the names of crystal resonators, crystal oscillators, crystal filters, SAW devices, gyros, angle sensors, etc. It can be applied to a piezoelectric device using this.
11,11・・・錘用金属膜、12,12・・・周波数調整部、27・・・貫通孔(封止孔)、30・・・圧電デバイス、32・・・圧電振動片、35,36・・・振動腕、40・・・蓋体、51・・・基部、57・・・パッケージ、58・・・シームリング(封止材)、61,62・・・支持用アーム
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基部から延びる複数の振動腕と、
前記基部から両幅方向に延長された幅方向延長部を有し、該幅方向延長部を基端として、前記振動腕の両外側において、該振動腕と同じ方向に延びる一対の支持用アームと
を有しており、
各支持用アームは、導電性接着剤を介してパッケージに接合される構成とされており、
かつ、前記各支持用アームの前記基部に近接した領域の表面に、錘用金属膜が形成されている
ことを特徴とする圧電振動片。 A base formed of piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending from the base;
A pair of supporting arms that extend in the same direction as the vibrating arm on both outer sides of the vibrating arm with the widthwise extending portion as a base end, Have
Each support arm is configured to be joined to the package via a conductive adhesive,
In addition, a weight metal film is formed on the surface of a region in the vicinity of the base of each of the supporting arms.
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された基部と、
前記基部から延びる複数の振動腕と、
前記基部から両幅方向に延長された幅方向延長部を有し、該幅方向延長部を基端として、前記振動腕の両外側において、該振動腕と同じ方向に延びる一対の支持用アームと
を有しており、
各支持用アームは、導電性接着剤を介してパッケージに接合される構成とされており、
かつ、前記各支持用アームの前記基部に近接した領域の表面に、錘用金属膜が形成されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device configured to house a piezoelectric vibrating piece in a package and hermetically seal with a lid,
The piezoelectric vibrating piece is
A base formed of piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending from the base;
A pair of supporting arms that extend in the same direction as the vibrating arm on both outer sides of the vibrating arm with the widthwise extending portion as a base end, Have
Each support arm is configured to be joined to the package via a conductive adhesive,
Moreover, a weight metal film is formed on the surface of a region close to the base of each of the supporting arms.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010098531A (en) * | 2008-10-16 | 2010-04-30 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Piezoelectric vibration piece and piezoelectric device |
WO2010061469A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | セイコーインスツル株式会社 | Piezoelectric oscillator manufacturing method, piezoelectric oscillator, oscillator, electronic device, and radio clock |
WO2010061468A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | セイコーインスツル株式会社 | Piezoelectric oscillator manufacturing method, piezoelectric oscillator, oscillator, electronic device, and radio clock |
JP2011193315A (en) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric vibration chip and piezoelectric device |
US8729780B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-05-20 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Piezoelectric vibrating pieces and corresponding devices exhibiting reduced vibration leakage |
JP2014197728A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | セイコーエプソン株式会社 | Process of manufacturing vibration piece |
JP2015065588A (en) * | 2013-09-25 | 2015-04-09 | エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社 | Piezoelectric vibrator |
JP2015097366A (en) * | 2013-11-16 | 2015-05-21 | セイコーエプソン株式会社 | Vibration element, vibrator, oscillator, electronic device and mobile object |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56737A (en) * | 1979-06-15 | 1981-01-07 | Seiko Epson Corp | Tuning fork type crystal oscillator |
JPS5665516A (en) * | 1979-11-02 | 1981-06-03 | Seiko Epson Corp | Quartz oscillator of composite oscillation |
JPS60153212A (en) * | 1984-01-20 | 1985-08-12 | Matsushima Kogyo Co Ltd | Tuning fork type crystal resonator |
JP2002111437A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Daishinku Corp | Quartz piece and quartz oscillator |
JP2006148857A (en) * | 2004-10-20 | 2006-06-08 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric vibrator piece and piezoelectric device |
JP2006262456A (en) * | 2005-02-21 | 2006-09-28 | Seiko Instruments Inc | Piezoelectric oscillating piece and its manufacturing method, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic instrument and radio wave time-piece |
-
2006
- 2006-10-11 JP JP2006277684A patent/JP5045054B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56737A (en) * | 1979-06-15 | 1981-01-07 | Seiko Epson Corp | Tuning fork type crystal oscillator |
JPS5665516A (en) * | 1979-11-02 | 1981-06-03 | Seiko Epson Corp | Quartz oscillator of composite oscillation |
JPS60153212A (en) * | 1984-01-20 | 1985-08-12 | Matsushima Kogyo Co Ltd | Tuning fork type crystal resonator |
JP2002111437A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Daishinku Corp | Quartz piece and quartz oscillator |
JP2006148857A (en) * | 2004-10-20 | 2006-06-08 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric vibrator piece and piezoelectric device |
JP2006262456A (en) * | 2005-02-21 | 2006-09-28 | Seiko Instruments Inc | Piezoelectric oscillating piece and its manufacturing method, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic instrument and radio wave time-piece |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010098531A (en) * | 2008-10-16 | 2010-04-30 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Piezoelectric vibration piece and piezoelectric device |
JP4709260B2 (en) * | 2008-10-16 | 2011-06-22 | 日本電波工業株式会社 | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device |
WO2010061469A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | セイコーインスツル株式会社 | Piezoelectric oscillator manufacturing method, piezoelectric oscillator, oscillator, electronic device, and radio clock |
WO2010061468A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | セイコーインスツル株式会社 | Piezoelectric oscillator manufacturing method, piezoelectric oscillator, oscillator, electronic device, and radio clock |
JP5184648B2 (en) * | 2008-11-28 | 2013-04-17 | セイコーインスツル株式会社 | Method for manufacturing piezoelectric vibrator |
US8427250B2 (en) | 2008-11-28 | 2013-04-23 | Seiko Instruments Inc. | Piezoelectric vibrator manufacturing method, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic device, and radio-controlled timepiece |
US8638180B2 (en) | 2008-11-28 | 2014-01-28 | Sii Crystal Technology Inc. | Piezoelectric vibrator manufacturing method, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic device, and radio-controlled timepiece |
JP2011193315A (en) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric vibration chip and piezoelectric device |
US8729780B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-05-20 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Piezoelectric vibrating pieces and corresponding devices exhibiting reduced vibration leakage |
JP2014197728A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | セイコーエプソン株式会社 | Process of manufacturing vibration piece |
JP2015065588A (en) * | 2013-09-25 | 2015-04-09 | エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社 | Piezoelectric vibrator |
JP2015097366A (en) * | 2013-11-16 | 2015-05-21 | セイコーエプソン株式会社 | Vibration element, vibrator, oscillator, electronic device and mobile object |
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Publication number | Publication date |
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