JP2009290778A

JP2009290778A - 音叉型圧電振動素子

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Publication number: JP2009290778A
Application number: JP2008143598A
Authority: JP
Inventors: Ryota Kawai; 良太河合; Mitsuhiko Negishi; 満彦根岸; Atsuya Takahashi; 敦哉高橋; Hiroshi Hanai; 博花井; Hisatoshi Saito; 久俊斉藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】落下による衝撃を受けても周波数の変化を軽減する。
【解決手段】導電性接着材により容器体に搭載され蓋体で気密封止される音叉型圧電振動素子であって、基部とこの基部から延出する２本一対の振動腕部とを有し、振動腕部が、屈曲振動モードの励振させる電極金属膜部と、電極金属膜部と接続し基部の縁側まで引回されている引回金属膜部と、周波数調整に用いる周波数調整用金属膜部とを備え、周波数調整用金属膜部の振動腕部先端側の端部が、導電性接着材が付着していない位置から前記振動腕部の先端までの長さをＬとしたとき、振動腕部の先端部から基部側に０．０１×Ｌ以上の距離を離れて位置していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電振動子や圧電発振器に用いられる音叉型圧電振動素子に関する。

従来より、電子機器に用いられる圧電振動子や圧電発振器は、容器体内部に圧電振動素子を片持ちの状態で搭載して蓋体で気密封止した構造となっている。
ここで、圧電発振器は、圧電振動素子を容器体に気密封止した状態でさらに発振回路を備えた集積回路素子を搭載した構造となっている。
以後、圧電振動子について説明する。
圧電振動子は、例えば、凹部を有する容器体と、これに片持ちの状態で搭載される圧電振動素子と凹部を気密封止する蓋体とから構成されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
また、通常の音叉型圧電振動素子は、周波数調整用金属膜部が振動腕部の先端に設けられた構造となっている。
この周波数調整用金属膜部をレーザー等で削ることで振動腕部の先端の重さ（質量）を変えて周波数を変化させている。これにより、所望の周波数に調整することができる（例えば、特許文献３参照）。
特開２００８−１１３３７８号公報（図４）特開２００８−０６０９５２号公報（図１）特開２００７−３２９８７９号公報（図１）

このような構造の圧電振動子を落下させた場合、落下による衝撃が内部の圧電振動素子にも伝わる。
圧電振動素子は、前記の通り片持ちの状態で容器体に搭載されているため、圧電振動子が落下すると、その落下による慣性力や落下時の衝撃振動が圧電振動素子の自由端を振れさせてしまう。
ここで、圧電振動素子の形状が音叉形状の場合、振れるのは自由端となる振動腕部である。したがって、落下による急激な加速度により、自由端である振動腕部（音叉腕）は、応力で容器体又は蓋体と接触するという問題があった。
また、振動腕部の先端に金属材料を設けているため、この落下による衝撃で自由端が容器体と接触して金属材料が剥がれるという問題もあった。
この金属材料が剥がれると、振動バランスが崩れたり、振動腕部の先端の質量が減少して周波数が＋方向に変動するといった問題があった。

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、落下による衝撃を受けても良好な振動バランスを維持し、周波数の変動を軽減する音叉型圧電振動素子を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、導電性接着材により容器体に搭載され蓋体で気密封止される音叉型圧電振動素子であって、基部とこの基部から延出する２本一対の振動腕部とを有し、前記振動腕部が、屈曲振動モードを励振させる電極金属膜部と、前記電極金属膜部と接続し前記基部の縁側まで引回されている引回金属膜部と、周波数調整に用いる周波数調整用金属膜部とを備え、前記周波数調整用金属膜部の振動腕部先端側の端部が、前記導電性接着材が付着していない位置から前記振動腕部の先端までの長さをＬとしたとき、前記振動腕部の先端部から前記基部側に０．０１×Ｌ以上の距離を離れて位置していることを特徴とする。

また、本発明は、前記周波数調整用金属膜部が、前記電極金属膜と切り離されていることを特徴とする。

このような音叉型圧電振動素子によれば、落下によって振動腕部が振れたとしても、振動腕部に設けられた周波数調整用金属膜部が容器体又は蓋体に接触しにくくすることができる。これにより、当該周波数調整用金属膜部の剥離を防ぐことができる。
これにより、当該周波数調整用金属膜部の剥離を防げるため、質量の変動が起きず周波数の変動を軽減することがでる。
また、周波数調整用金属膜部が電極金属膜部から切り離されているので、周波数調整用金属膜部の成膜の際や後工程等での加熱処理の際において、電極金属膜からの金属材質の過度な拡散を防いで、周波数調整用金属膜の剥がれを防ぐことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、音叉型圧電振動素子が音叉型に形成した水晶に金属膜を設けて構成されている場合について説明する。

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子を容器体に搭載した状態の一例を示す概念図である。図２は本発明の第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子を搭載した圧電振動子の一例を示す模式図である。図３は（ａ）は図２のＡ部拡大図であり、（ｂ）図２のＢ部拡大図である。図４は振動腕部の自由端側に位置する重り金属膜の端部の位置と周波数変化量との関係を示す図である。

図２に示すように、本発明の第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子３０は、例えば、容器体１０に設けられた凹部１１内に搭載され、蓋体４０で凹部１１を気密封止した状態で用いられる。
この容器体１０には、音叉型圧電振動素子３０を搭載するための搭載パッドＰが２つ一対で設けられており、凹部１１が設けられた主面とは反対側の主面に設けられた外部端子Ｇと電気的に接続している。
音叉型圧電振動素子３０は、後述する引回金属膜部３６の基部３２側の端部と搭載パッドＰとを導電性接着材Ｄを介して電気的・機械的に接続されている。

本発明の第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子３０は、例えば図１に示すように、基部３２とこの基部３２から延出する２本一対の振動腕部３３とからなる水晶片３１に金属膜を設けて構成され、基部３２と振動腕部３３とが一体で形成されている。
この基部３２は、平板状に形成されており、後述する振動腕部３３に設けられる引回金属膜部３６の一部が設けられている。
基部３２の一方の端部には２本一対で平行に振動腕部３３が一体で形成されている。また他方の端部には、導電性接着材Ｄが付着できるように引回金属膜部３６の端部が設けられている。
この基部３２の他方の端部側が、片持ち状態で支持されることとなる。

振動腕部３３は、前記基部３２から延出しており、基部３２と繋がっている端部とは反対側の端部が自由端となる。つまり、振動腕部３３の先端が自由端となる。各振動腕部３３は、略四角柱となるように形成されている。この形状は、例えば、ウェットエッチングを行った場合は、水晶の異方性により厚み方向の面が主面に対して斜めに形成される場合がある。なお、ウェットエッチングで振動腕部３３に略Ｖ字型の溝を構成する凹部や貫通穴を設けても良い。
この振動腕部３３には、励振電極となる電極金属膜部３４と引回金属膜部３６の一部と周波数調整用金属膜部３５Ａとが設けられている。
電極金属膜部３４は、励振電極として用いられ、振動腕部３３を所定の屈曲振動モードで振動させる役割を果たす。また、周波数調整用金属膜部３５Ａは、振動腕部３３の振動の周波数を所定の周波数に合わせるのに用いられる。また、引回金属膜部３６は、電極金属膜部３４と接続して、外部から電極金属膜部３４に電気信号を通す役割を果たす。

ここで、振動腕部３３の先端を基準にして、振動腕部３３の先端から基部３２の導電性接着材Ｄが付着していない部分までの長さをＬとしたとき、０．０１×Ｌの距離を離れた位置に、周波数調整用金属膜部３５Ａの端部が設けられている。
振動腕部３３の先端から０．０１×Ｌの距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ａの端部を位置させて設けると、落下による衝撃が作用しても、周波数調整用金属膜部３５Ａが容器体１０（図３（ｂ）参照）、又は蓋体４０（図３（ａ）参照）に接触しても剥がれることはなく、周波数の変動を軽減することができる。しかし、０．０１×Ｌより短い距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ａの端部を位置させると、周波数調整用金属膜部３５Ａの端部が容器体１０や蓋体４０に強打し、その衝撃で周波数調整用金属膜部３５Ａが剥がれてしまう。従って、０．０１×Ｌ以上の距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ａの端部を位置させれば、周波数調整用金属膜部３５Ａは落下による衝撃を受けたとしても、周波数調整用金属膜部３５Ａが容器体１０、又は蓋体４０に接触しにくくなり、剥がれることはない。これにより、所定の周波数に合わせ込まれている音叉型圧電振動素子３０が、落下による衝撃の作用を受けたとしても、その周波数の変動を軽減することができる。

図４に示すように、周波数調整用金属膜部３５Ａの端部が振動腕部３３の先端から基部３２の導電性接着材Ｄが付着していない部分までの長さをＬとしたとき、０．０１×Ｌの距離を離れた位置あるため、落下による衝撃が作用しても、周波数の変化量が少ないことが確認できる。

周波数調整用金属膜部３５Ａは、所定の長さを有しており、振動腕部３３の両主面に設けられている。
この周波数調整用金属膜部３５Ａは、電極金属膜３４と切り離されて設けられている。つまり、この周波数調整用金属膜部３５Ａは、電極金属膜部３４から所定の間隔をあけて、所定の長さで設けられている。電極金属膜部３４は、振動腕部３３の長さ方向に形成されている４面に設けられ、互いに向かい合う電極が同極となるように設けられている。
引回金属膜部３６は、向かい合う電極金属膜部３４を接続しつつ、電極金属膜部３４の基部３２側の端部と接続して、基部３２の端部、つまり縁側まで設けられている。なお、この引回金属膜部３６は、基部３２の端部側で経路の幅を広くして設けられている。これにより、導電性接着材Ｄの付着領域が大きくなる。
また、向かい合う電極金属膜部３４と接続する引回金属膜部３６は、極性の異なる電極金属膜部３４とは接触せず、かつ、周波数調整用金属膜部３５Ａとは所定の間隔をあけて設けられている。

なお、電極金属膜部３４、引回金属膜部３６、周波数調整用金属膜部３５Ａは、従来周知のフォトリソグラフィー技術と従来周知の蒸着やスパッタなどの成膜技術、及びウェットエッチング技術等により形成することができる。
特に、振動腕部３３の先端から基部３２の導電性接着材Ｄが付着していない部分までの長さをＬとしたとき、振動腕部３３の先端から０．０１×Ｌの距離を離れた位置まではマスクで覆い成膜することにより、金属膜を設けないようにする。これにより、振動腕部３３の先端から０．０１×Ｌの距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ａの端部を形成することができる。

また、周波数調整用金属膜部３５Ａは、例えば、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）からなる下地層の上に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）からなる主層を設けている。

このように第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子３０を構成したので、音叉型圧電振動素子３０が落下による衝撃を受けても、振動腕部３３に設けた周波数調整用金属膜部３５Ａが剥がれることがなくなり、周波数の変動を軽減することができる。また、周波数調整用金属膜部３５Ａが剥がれることがないため、落下による衝撃を受けても良好な振動バランスを維持することができる。

（第二の実施形態）
図５（ａ）は本発明の第二の実施形態に係る音叉型圧電振動素子の周波数調整用金属膜部の形成状態の一例を示す図である。
図５（ａ）に示すように、本発明の第二の実施形態に係る音叉型圧電振動素子は、周波数調整用金属膜部３５Ｂが、リッド側のみに設けられている点で第一の実施形態と異なる。
つまり、振動腕部３３の先端から基部の導電性接着材Ｄ（図１参照）が付着していない部分までの長さをＬとしたとき、０．０１×Ｌの距離を離れた位置に、周波数調整用金属膜部３５Ｂの端部が設けられている。振動腕部３３の先端から０．０１×Ｌの距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ｂの端部を位置させて設けると、落下による衝撃が作用しても、周波数調整用金属膜部３５Ｂが蓋体４０（図２参照）に接触しても剥がれることはなく、周波数の変動を軽減することができる。また、容器体１０に接触する周波数調整用金属膜部３５Ｂが存在しないため、容器体１０と振動腕部３３とが接触する場合においては、周波数調整用金属膜部３５Ｂから起因する振動腕部３３の周波数の変化は考慮しなくて済む。
このように、周波数調整用金属膜部３５Ｂを設けても、第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（第三の実施形態）
図５（ｂ）は本発明の第三の実施形態に係る音叉型圧電振動素子の周波数調整用金属膜部の形成状態の一例を示す図である。
図５（ｂ）に示すように、本発明の第三の実施形態に係る音叉型圧電振動素子は、周波数調整用金属膜部３５Ｃが、振動腕部３３を巻くように設けられている点で第一の実施形態と異なる。
つまり、振動腕部３３の先端から基部３２の導電性接着材Ｄが付着していない部分までの長さをＬとしたとき、０．０１×Ｌの距離を離れた位置に、周波数調整用金属膜部３５Ｃの端部が設けられている。振動腕部３３の先端から０．０１×Ｌの距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ｃの端部を位置させて設けると、落下による衝撃が作用しても、周波数調整用金属膜部３５Ｃが容器体１０や蓋体４０に接触しても剥がれることはなく、周波数の変動を軽減することができる。
このように、周波数調整用金属膜部３５Ｃを設けても、第一の実施形態と同様の効果を奏する。

（第四の実施形態）
図５（ｃ）は本発明の第四の実施形態に係る音叉型圧電振動素子の周波数調整用金属膜部の形成状態の一例を示す図である。
図５（ｃ）に示すように、本発明の第四の実施形態に係る音叉型圧電振動素子は、周波数調整用金属膜部３５Ｄが、蓋体４０側と側面側のみに設けられている点で第一の実施形態と異なる。
つまり、振動腕部３３の先端から基部３２の導電性接着材Ｄが付着していない部分までの長さをＬとしたとき、０．０１×Ｌの距離を離れた位置に、周波数調整用金属膜部３５Ｄの端部が設けられている。振動腕部３３の先端から０．０１×Ｌの距離を離れた位置に周波数調整用金属膜部３５Ｄの端部を位置させて設けると、落下による衝撃が作用しても、周波数調整用金属膜部３５Ｄが容器体１０や蓋体４０に接触しても剥がれることはなく、周波数の変動を軽減することができる。
このように、周波数調整用金属膜部３５Ｄを設けても、第一の実施形態と同様の効果を奏する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、圧電振動素子の材質を水晶として説明したがこれに限定されるものではなく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電効果のある材質を適宜用いることができる。

本発明の第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子を容器体に搭載した状態の一例を示す概念図である。本発明の第一の実施形態に係る音叉型圧電振動素子を搭載した圧電振動子の一例を示す模式図である。（ａ）は図２のＡ部拡大図であり、（ｂ）図２のＢ部拡大図である。振動腕部の自由端側に位置する重り金属膜の端部の位置と周波数変化量との関係を示す図である。（ａ）は本発明の第二の実施形態に係る音叉型圧電振動素子の周波数調整用金属膜部の形成状態の一例を示す図であり、（ｂ）は本発明の第三の実施形態に係る音叉型圧電振動素子の周波数調整用金属膜部の形成状態の一例を示す図であり、（ｃ）は本発明の第四の実施形態に係る音叉型圧電振動素子の周波数調整用金属膜部の形成状態の一例を示す図である。

符号の説明

１００圧電振動素子
１０容器体
３０音叉型圧電振動素子
３２基部
３３振動腕部
３４電極金属膜部
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ周波数調整用金属膜部
３６引回金属膜部
Ｄ導電性接着材

Claims

導電性接着材により容器体に搭載され蓋体で気密封止される音叉型圧電振動素子であって、
基部とこの基部から延出する２本一対の振動腕部とを有し、
前記振動腕部が、
屈曲振動モードを励振させる電極金属膜部と、
前記電極金属膜部と接続し前記基部の縁側まで引回されている引回金属膜部と、
周波数調整に用いる周波数調整用金属膜部とを備え、
前記周波数調整用金属膜部の振動腕部先端側の端部が、
前記導電性接着材が付着していない位置から前記振動腕部の先端までの長さをＬとしたとき、前記振動腕部の先端部から前記基部側に０．０１×Ｌ以上の距離を離れて位置していることを特徴とする音叉型圧電振動素子。
前記周波数調整用金属膜部が、前記電極金属膜と切り離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素子。