JP2010141387A - Piezoelectric vibrator and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パッケージに圧電振動片を収容した圧電振動子及び圧電デバイスに関し、特に耐衝撃性の向上を図る技術に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator and a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is housed in a package, and more particularly to a technique for improving impact resistance.
携帯電話、ＩＣカードなどの携帯機器などには、圧電振動片の一例とし圧電振動片を用いた圧電振動子などの圧電デバイスが広く知られている（特許文献１，２参照）。従来の圧電デバイスを構成する圧電振動子を図４に示し説明する。図４は従来の圧電振動子の構成を示す斜視図である。図４に示すように、従来の圧電デバイスの一例としての圧電振動子１００は、ベース基板１０４上に形成された固定電極１１２に圧電振動片１０２が導電性接着剤１１４により接続されている。圧電振動片１０２は、一対の振動腕１１６と、一対の支持腕１１０と、振動腕１１６と支持腕１１０とを繋ぐ基部１０６とで一体に形成されている。振動腕１１６は、基部１０６の一端からほぼ同一形状、且つ略平行に延びている。振動腕１１６の上面及び下面には、振動特性向上のための溝部１１８が形成されている（特許文献３参照）。さらに、振動腕１１６の先端部の上面及び下面には、周波数調整用の先端錘層１０８が形成されている。固定電極１１２は、ベース基板１０４上面と段差となるように、ベース基板１０４上面に形成されており、この固定電極１１２上に支持腕１１０の先端領域１１０ａが載置され、導電性接着剤１１４によって接続されている。この接続によって、ベース基板１０４の上面と圧電振動片１０２との間に空隙が有することになる。 For portable devices such as mobile phones and IC cards, piezoelectric devices such as a piezoelectric vibrator using a piezoelectric vibrating piece are widely known as an example of a piezoelectric vibrating piece (see Patent Documents 1 and 2). A piezoelectric vibrator constituting a conventional piezoelectric device will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a conventional piezoelectric vibrator. As shown in FIG. 4, in a piezoelectric vibrator 100 as an example of a conventional piezoelectric device, a piezoelectric vibrating piece 102 is connected to a fixed electrode 112 formed on a base substrate 104 by a conductive adhesive 114. The piezoelectric vibrating piece 102 is integrally formed with a pair of vibrating arms 116, a pair of support arms 110, and a base 106 that connects the vibrating arms 116 and the support arms 110. The resonating arm 116 extends from one end of the base portion 106 in substantially the same shape and substantially in parallel. Grooves 118 for improving vibration characteristics are formed on the upper and lower surfaces of the vibrating arm 116 (see Patent Document 3). Further, a tip weight layer 108 for frequency adjustment is formed on the top and bottom surfaces of the tip of the vibrating arm 116. The fixed electrode 112 is formed on the upper surface of the base substrate 104 so as to be stepped from the upper surface of the base substrate 104, and the tip region 110 a of the support arm 110 is placed on the fixed electrode 112, and the conductive adhesive 114 It is connected. With this connection, a gap is formed between the upper surface of the base substrate 104 and the piezoelectric vibrating piece 102.
また圧電振動片１０２は、固定電極１１２に接着剤が塗布され、粘性のある状態の接着剤に支持腕１１０の先端領域１１０ａが載置され、接着剤が硬化されることで固定電極１１２に接合される。ここで従来サイズの圧電振動片（例えば、長さ２４００μｍ、幅５００μｍ、厚み１００μｍ）を接合する場合、振動腕１１６の長手方向に関して、導電性接着剤１１４の圧電振動片１０２の重心位置側に沈む。その結果、圧電振動片１０２の先端または先端がベース基板に接近する。その対策として、例えば、支持腕１１０の接合位置を振動腕１１６の長手方向に関して、圧電振動片１０２の重心近傍に設けている（特許文献２参照）。
しかしながら、前述の圧電振動子１００では、落下などにより圧電振動片１０２の垂直方向に過度の衝撃力が加わると、圧電振動片１０２は、支持腕１１０の接合位置を支点として変形し、支点から最も遠い先端錘層１０８の端部がベース基板１０４の上面に衝突する。この衝突により、特に強度的に弱い先端錘層１０８を含む、振動腕１１６の破損或いは変形などが起こり、ＣＩ値、或いは共振周波数シフトなどの振動特性の劣化を生じることがあるという問題があった。 However, in the above-described piezoelectric vibrator 100, when an excessive impact force is applied in the vertical direction of the piezoelectric vibrating piece 102 due to dropping or the like, the piezoelectric vibrating piece 102 is deformed with the joint position of the support arm 110 as a fulcrum, and the most from the fulcrum. The end of the far end weight layer 108 collides with the upper surface of the base substrate 104. Due to this collision, there is a problem that the vibration arm 116 including the tip weight layer 108 that is particularly weak in strength may be damaged or deformed, resulting in deterioration of vibration characteristics such as CI value or resonance frequency shift. .
上記問題を解決するため、特許文献４においては、上述同様の圧電振動片を収納するパッケージのベース基板の振動腕と対向する領域に凹部を設ける構成とし、振動腕とベース基板との衝突を回避している。 In order to solve the above-described problem, in Patent Document 4, a recess is provided in a region facing the vibrating arm of the base substrate of the package that houses the same piezoelectric vibrating piece as described above to avoid collision between the vibrating arm and the base substrate. is doing.
しかし、昨今要求される、小型化・低背化をさらに進めた場合、圧電振動片の剛性が低下する。その結果、振動腕のみならず支持腕も曲がりやすくなるとともに、低背化により圧電振動片とベース基板とがさらに接近することになる。よって、圧電振動片は、落下などにより振動腕の先端領域のみならず、支持腕も変形して、振動腕が延出される側と反対側の先端がベース基板と衝突する虞がある。この場合、先端には励振電極と接続する接続電極が形成されているが、衝突により接続電極にキズ等が生じることにより、ＣＩ値、共振周波数が変化する虞もある。
そこで、本発明は上記問題点に着目し、小型化をしつつ、耐衝撃性に優れた圧電振動子、圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
However, when further downsizing and reduction in height required recently, the rigidity of the piezoelectric vibrating piece is lowered. As a result, not only the vibrating arm but also the support arm is easily bent, and the piezoelectric vibrating piece and the base substrate are further brought closer due to the low profile. Therefore, the piezoelectric vibrating reed may deform not only the tip region of the vibrating arm but also the support arm due to dropping or the like, and the tip opposite to the side on which the vibrating arm is extended may collide with the base substrate. In this case, a connection electrode connected to the excitation electrode is formed at the tip, but there is a possibility that the CI value and the resonance frequency may change due to scratches and the like on the connection electrode due to collision.
Therefore, the present invention focuses on the above-described problems, and an object thereof is to provide a piezoelectric vibrator and a piezoelectric vibration device that are excellent in impact resistance while being downsized.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］パッケージと、基部と、前記基部から延出された振動腕と、前記基部から延出され、前記振動腕の長手方向に延びて形成された支持腕とを有し、前記パッケージに収容され、前記支持腕を前記パッケージの底面に固定して支持される圧電振動片と、を有する圧電振動子であって、前記パッケージの底面の前記基部の先端と対向する領域に凹部が形成されたことを特徴とする圧電振動子。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
Application Example 1 The package includes a package, a base, a vibrating arm that extends from the base, and a support arm that extends from the base and extends in the longitudinal direction of the vibrating arm. A piezoelectric vibrator having a piezoelectric vibrating piece that is supported by fixing the support arm to the bottom surface of the package, and a recess is formed in a region of the bottom surface of the package facing the tip of the base portion Piezoelectric vibrator characterized by being made.
上記構成により、圧電振動片の基部側は、落下等の衝撃により支持腕のパッケージとの接着部位を支点として変形することになるが、パッケージの底面の先端と対向する領域に凹部を形成したことにより、圧電振動片の基部側が変形しても基部の先端がパッケージ部材に衝突することを回避して、ＣＩ値や共振周波数の変化を抑制することができる。したがて、小型化を図りつつ、耐衝撃性に優れた圧電振動子を構築できる。 With the above configuration, the base side of the piezoelectric vibrating piece is deformed with the support arm's bonding site with the package as a fulcrum by impact such as dropping, but a recess is formed in the area facing the tip of the bottom of the package Thus, even if the base side of the piezoelectric vibrating piece is deformed, the tip of the base can be prevented from colliding with the package member, and changes in the CI value and the resonance frequency can be suppressed. Therefore, it is possible to construct a piezoelectric vibrator having excellent impact resistance while reducing the size.
［適用例２］前記パッケージは、第１実装基板と、前記先端と対向する領域に孔を有し、前記第１実装基板に積層される第２実装基板と、前記第２実装基板に積層されるフレームと、を備え、前記孔と、前記孔によって露出した第１実装基板とが、前記第２実装基板の上面を開口端とする前記凹部を形成していることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動子。 Application Example 2 The package has a first mounting substrate, a second mounting substrate that has a hole in a region facing the tip, and is stacked on the first mounting substrate, and is stacked on the second mounting substrate. An application example 1 is characterized in that the hole and the first mounting substrate exposed through the hole form the recess having the upper surface of the second mounting substrate as an open end. The piezoelectric vibrator described in 1.
これにより、パッケージは第１実装基板、第２実装基板、フレームの順に下から積層することにより形成されるため、積層後のパッケージに直接凹部を形成する作業が不要となり、パッケージを容易に形成することができる。そしてパッケージを構成する第１実装基板、第２実装基板、及びフレームを、各構成物品の板材にパターニングした状態で積層して、積層後ダイシングしてパッケージを固片化することが可能となるので、パッケージの大量生産及びコストダウンを図ることができる。 As a result, the package is formed by laminating the first mounting substrate, the second mounting substrate, and the frame in this order from the bottom, so that it is not necessary to form a recess directly in the package after lamination, and the package is easily formed. be able to. Then, the first mounting substrate, the second mounting substrate, and the frame constituting the package can be stacked in a patterned state on the plate material of each component, and the package can be separated by dicing after stacking. , Mass production of packages and cost reduction can be achieved.
［適用例３］前記凹部をダンパーで埋めたことを特徴とする適用例１または２に記載の圧電振動子。
これにより、基部の先端がダンパーと当接して、ダンパーに基部の先端の運動エネルギーを吸収させ、圧電振動片の基部側が大きく変形することを抑制することになる。よって、支持腕とパッケージ側との接着部位に対する圧電振動片の基部側からの衝撃と、基部側の変形による前記接着部位に対する曲げ応力とを緩和し、前記接着部位のマウント状態の変化を抑制してＣＩ値、共振周波数の変化を抑制することができる。
Application Example 3 The piezoelectric vibrator according to Application Example 1 or 2, wherein the concave portion is filled with a damper.
As a result, the tip of the base comes into contact with the damper, and the damper absorbs the kinetic energy of the tip of the base, thereby suppressing the base side of the piezoelectric vibrating piece from being greatly deformed. Therefore, the impact from the base side of the piezoelectric vibrating piece on the bonding part between the support arm and the package side and the bending stress on the bonding part due to deformation on the base side are alleviated, and the change in the mounting state of the bonding part is suppressed. Thus, changes in CI value and resonance frequency can be suppressed.
［適用例４］適用例１乃至３のいずれか１例に記載の圧電振動子において、前記圧電振動片の励振電極に接続され前記圧電振動片を駆動する発振回路を接続して構成されたことを特徴とする圧電デバイス。
これにより、小型化を図りつつ、耐衝撃性に優れた圧電デバイスを構築できる。
Application Example 4 In the piezoelectric vibrator according to any one of Application Examples 1 to 3, the piezoelectric vibrator is configured to be connected to an oscillation circuit that is connected to the excitation electrode of the piezoelectric vibration piece and drives the piezoelectric vibration piece. A piezoelectric device characterized by the above.
Thereby, it is possible to construct a piezoelectric device having excellent impact resistance while achieving downsizing.
以下、本発明に係る圧電振動子を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, a piezoelectric vibrator according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
本実施形態に係る圧電振動子を図１に示す。図１（ａ）は側面から見た模式図、図１（ｂ）は上から見た模式図である。圧電振動子１０はパッケージ１２、圧電振動片２４とからなる。パッケージ１２は、下から順に実装基板１４（第１実装基板１６、第２実装基板１８）、フレーム材２０、リッド２２を積層して形成され、パッケージ１２より形成される内部空間に圧電振動片２４を収容して真空封止している。第１実装基板１６の下面の所定位置（２箇所）には外部電極１６ａが形成され、外部電極１６ａは貫通電極１６ｂを介して第１実装基板１６の上面側と電気的に導通される。また第２実装基板１８の上面の所定位置（２箇所）には圧電振動片２４と接続する固定電極１８ａが形成され、固定電極１８ａは貫通電極１８ｂを介して第２実装基板１８の下面側と電気的に導通される。そして第１実装基板１６の貫通電極１６ｂと、第２実装基板１８の貫通電極１８ｂとが互いに接続することにより、固定電極１８ａと外部電極１６ａとが電気的に接続される。 A piezoelectric vibrator according to this embodiment is shown in FIG. FIG. 1A is a schematic view seen from the side, and FIG. 1B is a schematic view seen from above. The piezoelectric vibrator 10 includes a package 12 and a piezoelectric vibrating piece 24. The package 12 is formed by stacking a mounting substrate 14 (first mounting substrate 16 and second mounting substrate 18), a frame material 20, and a lid 22 in order from the bottom, and the piezoelectric vibrating piece 24 is formed in an internal space formed by the package 12. Are vacuum-sealed. External electrodes 16a are formed at predetermined positions (two locations) on the lower surface of the first mounting substrate 16, and the external electrodes 16a are electrically connected to the upper surface side of the first mounting substrate 16 through the through electrodes 16b. Further, fixed electrodes 18a connected to the piezoelectric vibrating reed 24 are formed at predetermined positions (two places) on the upper surface of the second mounting substrate 18, and the fixed electrodes 18a are connected to the lower surface side of the second mounting substrate 18 through the through electrodes 18b. Electrically conducted. Then, the through electrode 16b of the first mounting substrate 16 and the through electrode 18b of the second mounting substrate 18 are connected to each other, whereby the fixed electrode 18a and the external electrode 16a are electrically connected.
ここで実装基板１４及びフレーム材２０はセラミックの焼結体等が用いられ、リッド２２はセラミックの焼結体、金属、ガラス等が用いられる。また外部電極１６ａ、貫通電極１６ｂ、１８ｂ、固定電極１８ａは、タングステン等のペースト材料を焼結させて形成させたものであり、さらに外部電極１６ａ及び固定電極１８ａはＡｕ等のメッキが施されている。なお、実装基板１４、外部電極１６ａ、貫通電極１６ｂ、１８ｂ、固定電極１８ａは同時に焼結させることができ、第１実装基板１６、第２実装基板１８、フレーム材２０を積層した状態で焼結させて一体構造とすることができる。なお、第２実装基板１８には第１の孔１８ｃ、及び第２の孔１８ｄが形成され、第１の孔１８ｃ、及び第２の孔１８ｄと、第１の孔１８ｃ、及び第２の孔１８ｄによって露出した第１実装基板１６とが、上述の焼結により実装基板１４の上面を開口端とする凹部（第１の凹部１４ａ、第２の凹部１４ｂ）となる。このように、パッケージ１２は第１実装基板１６、第２実装基板１８、フレームとなるフレーム材２０の順に下から積層することにより形成されるため、パッケージ１２に凹部（第１の凹部１４ａ、第２の凹部１４ｂ）を形成する作業が不要となるためパッケージ１２を容易に形成することができる。そしてパッケージ１２を構成する第１実装基板１６、第２実装基板１８、及びフレーム材２０を、各構成物品の板材にパターニングした状態で積層して、積層後ダイシングしてパッケージ１２を固片化することが可能となるので、パッケージ１２の大量生産及びコストダウンを図ることができる。 Here, a ceramic sintered body or the like is used for the mounting substrate 14 and the frame member 20, and a ceramic sintered body, metal, glass, or the like is used for the lid 22. The external electrode 16a, the through electrodes 16b and 18b, and the fixed electrode 18a are formed by sintering a paste material such as tungsten, and the external electrode 16a and the fixed electrode 18a are plated with Au or the like. Yes. The mounting substrate 14, the external electrode 16a, the through electrodes 16b and 18b, and the fixed electrode 18a can be sintered at the same time, and the first mounting substrate 16, the second mounting substrate 18 and the frame material 20 are stacked. Thus, an integrated structure can be obtained. The second mounting substrate 18 is formed with a first hole 18c and a second hole 18d, and the first hole 18c and the second hole 18d, the first hole 18c and the second hole. The first mounting substrate 16 exposed by 18d becomes a concave portion (first concave portion 14a and second concave portion 14b) having the upper surface of the mounting substrate 14 as an open end by the above-described sintering. Thus, the package 12 is formed by laminating the first mounting substrate 16, the second mounting substrate 18, and the frame material 20 to be a frame in this order from the bottom, so that the package 12 has recesses (first recess 14 a, first Since the operation of forming the second recess 14b) becomes unnecessary, the package 12 can be easily formed. Then, the first mounting substrate 16, the second mounting substrate 18, and the frame material 20 constituting the package 12 are stacked in a patterned state on the plate material of each component, and the package 12 is separated by dicing after stacking. Therefore, mass production of the package 12 and cost reduction can be achieved.
圧電振動片２４は、水晶や、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料が用いられ、一対の振動腕２６と、一対の支持腕２８と、振動腕２６及び支持腕２８とを繋ぐ基部３０とで一体に形成され、音叉型の形状を有している。 The piezoelectric vibrating piece 24 is made of a crystal material, a piezoelectric material such as lithium niobate or lithium tantalate, and has a pair of vibrating arms 26, a pair of supporting arms 28, and a base 30 that connects the vibrating arms 26 and the supporting arms 28. And have a tuning fork shape.
振動腕２６は基部３０の一端からほぼ同一形状、且つ平行に延びている。振動腕２６の実装基板１４側及びリッド２２側には、振動特性向上のための溝部２６ａが形成されている。さらに振動腕２６の先端部の実装基板１４側及びリッド２２側には、周波数調整用の先端錘層（不図示）が形成されている。また圧電振動片２４において、溝部２６ａの内面及び振動腕２６の側面には励振電極（不図示）が形成され、励振電極（不図示）と接続され支持腕２８の先端領域２８ａの実装基板１４側にまで延びる接続電極（不図示）が形成されている。接続電極（不図示）が導電性接着剤３２を介して実装基板１４上の固定電極１８ａと接続されることにより、圧電振動片２４は実装基板１４上に支持されるとともに、圧電振動片２４の励振電極（不図示）は実装基板１４の外部電極１６ａと電気的に接続
される。ここで、固定電極１８ａと支持腕２８の先端領域２８ａとは導電性接着剤３２を介して２箇所で接着されるが、その２つの接着箇所を結ぶ線分が、圧電振動片２４の重心もしくはその近傍を通過するように両者を接着することが望ましい。導電性接着剤３２は、例えば、シリコーン系導電性接着剤（ヤング率１×１０１〜５×１２ＭＰａ）、或いはポリイミド系接着剤（ヤング率１×１０３〜１×１０４ＭＰａ）などの、硬化後に柔軟性を有するものが望ましい。これは、この柔軟性が外部からの衝撃力を吸収する効果を有しているからであり、この衝撃力の吸収により圧電振動片２４の破損を防止することが可能となる。
The vibrating arm 26 extends from one end of the base 30 in substantially the same shape and in parallel. Grooves 26a for improving vibration characteristics are formed on the mounting substrate 14 side and the lid 22 side of the vibrating arm 26. Further, a tip weight layer (not shown) for frequency adjustment is formed on the mounting substrate 14 side and the lid 22 side of the tip portion of the vibrating arm 26. In the piezoelectric vibrating piece 24, excitation electrodes (not shown) are formed on the inner surface of the groove 26 a and the side surface of the vibrating arm 26, and connected to the excitation electrode (not shown) to the tip region 28 a of the support arm 28 on the mounting substrate 14 side. A connection electrode (not shown) extending to is formed. When the connection electrode (not shown) is connected to the fixed electrode 18a on the mounting substrate 14 via the conductive adhesive 32, the piezoelectric vibrating piece 24 is supported on the mounting substrate 14 and the piezoelectric vibrating piece 24 The excitation electrode (not shown) is electrically connected to the external electrode 16a of the mounting substrate 14. Here, the fixed electrode 18a and the tip region 28a of the support arm 28 are bonded at two locations via the conductive adhesive 32, and a line segment connecting the two bonded locations is the center of gravity of the piezoelectric vibrating piece 24 or It is desirable to bond the two so as to pass through the vicinity. Conductive adhesive 32 is, for example, silicone-based conductive adhesive (Young's modulus 1 × 10 1 ~5 × 1 2 MPa), or polyimide-based adhesive (Young's modulus 1 × 10 3 ~1 × 10 4 MPa) , etc. Those having flexibility after curing are desirable. This is because this flexibility has an effect of absorbing an impact force from the outside, and it is possible to prevent the piezoelectric vibrating piece 24 from being damaged by the absorption of the impact force.
一方、圧電振動片２４と対向する実装基板１４の上面にある第１の凹部１４ａは基部３０の先端３０ａと対向する位置に、第２の凹部１４ｂは振動腕２６の先端領域２６ａと対向する位置に配置されるように設計する。またそれぞれの外形は平面視して基部３０（及び支持腕２８の基部３０側）、振動腕２６の先端領域２６ａの外形をそれぞれ覆うような寸法を有する。 On the other hand, the first recess 14 a on the upper surface of the mounting substrate 14 facing the piezoelectric vibrating piece 24 is at a position facing the tip 30 a of the base 30, and the second recess 14 b is facing the tip region 26 a of the vibrating arm 26. Design to be placed in. Further, each outer shape has a dimension so as to cover the outer shape of the base 30 (and the base 30 side of the support arm 28) and the distal end region 26a of the vibrating arm 26 in plan view.
圧電振動片２４を上述の態様でパッケージ１２に収容し、パッケージ１２上面とリッド２２をシーム溶接等により接合し、パッケージ１２内部を真空封止することにより圧電振動子１０が形成される。 The piezoelectric vibrating piece 24 is housed in the package 12 in the above-described manner, the upper surface of the package 12 and the lid 22 are joined by seam welding or the like, and the inside of the package 12 is vacuum-sealed to form the piezoelectric vibrator 10.
このように形成された圧電振動子１０に衝撃が加わった場合には、支持腕２８の先端領域２８ａと導電性接着剤３２との２つの接着部位を支点として変形し、基部３０の先端３０ａ及び振動腕２６の先端領域２６ａが実装基板１４側に変位することになる。しかし実装基板１４の上面において、基部３０の先端３０ａ（及び支持腕２８の先端３０ａ側）及び振動腕２６の先端領域２６ａに対向する位置に、それぞれ第１の凹部１４ａ、第２の凹部１４ｂが形成されており、基部３０の先端３０ａ及び振動腕２６の先端領域２６ａは、実装基板１４の上面には衝突せず、それぞれ第１の凹部１４ａ、第２の凹部１４ｂに入り込むことになるため、基部３０の先端３０ａ及び振動腕２６の先端領域２６ａが実装基板１４に衝突することを回避することができる。第１の凹部１４ａ及び第２の凹部１４ｂの深さは第２実装基板１８の厚みにより決定されるため、第２実装基板１８の厚みは、想定される衝撃に伴う基部３０の先端３０ａ及び振動腕２６の先端領域２６ａの曲げによる変位、及び導電性接着剤３２の厚みを考慮して設計する必要がある。 When an impact is applied to the piezoelectric vibrator 10 formed in this way, the two deformed portions of the tip region 28a of the support arm 28 and the conductive adhesive 32 are deformed as fulcrums, and the tip 30a of the base 30 and The tip region 26a of the vibrating arm 26 is displaced toward the mounting substrate 14 side. However, on the upper surface of the mounting substrate 14, the first recess 14 a and the second recess 14 b are respectively located at positions facing the tip 30 a of the base 30 (and the tip 30 a side of the support arm 28) and the tip region 26 a of the vibrating arm 26. The tip 30a of the base 30 and the tip region 26a of the vibrating arm 26 are formed so as not to collide with the upper surface of the mounting substrate 14 and enter the first recess 14a and the second recess 14b, respectively. It is possible to avoid the tip 30a of the base 30 and the tip region 26a of the vibrating arm 26 from colliding with the mounting substrate 14. Since the depths of the first recess 14 a and the second recess 14 b are determined by the thickness of the second mounting substrate 18, the thickness of the second mounting substrate 18 depends on the tip 30 a of the base 30 and vibration caused by an assumed impact. It is necessary to design in consideration of the displacement due to the bending of the tip region 26 a of the arm 26 and the thickness of the conductive adhesive 32.
さらに第１の凹部１４ａ及び第２の凹部１４ｂには図１に示すように柔軟性があり圧電振動片２４に対して緩衝材となるダンパー３４を埋め込むと好適である。ダンパー３４の材料として、上述の導電性接着剤３２を用いると作業工程に負担が掛からず好適である。これ以外の材料として樹脂やシリカゲル等も好適である。特にシリカゲルは水分を吸収するのでパッケージ１２内部におけるゲッターとしても機能する。またダンパー３４の高さは各凹部の深さよりも低くてもよく、同程度でもよく、さらに実装基板１４から盛り上がって形成されても良い。このようにダンパー３４を設けることで基部３０の先端３０ａ及び振動腕２６の先端領域２６ａの変位を抑制して支持腕２８と導電性接着剤３２との接着部位に応力が掛かることを抑制できるため、接着状態が変化して共振周波数が変化することを防止できる。さらにダンパー３４は柔軟性を有するものを用いるので圧電振動片２４に衝撃を与えることはなく、この衝撃により励振電極（不図示）、接続電極（不図示）、先端錘層（不図示）の一部が剥がれて共振周波数が変化することを防止できる。さらにダンパー３４が各凹部を埋めることになるので実装基板１４の強度が向上する。 Furthermore, it is preferable that the first recess 14 a and the second recess 14 b have flexibility and have a damper 34 as a buffer material embedded in the piezoelectric vibrating piece 24 as shown in FIG. If the above-mentioned conductive adhesive 32 is used as the material of the damper 34, it is preferable that the work process is not burdened. Resins, silica gel, and the like are also suitable as other materials. In particular, silica gel functions as a getter inside the package 12 because it absorbs moisture. Moreover, the height of the damper 34 may be lower than the depth of each recessed part, may be comparable, and may be formed so that it may protrude from the mounting substrate 14. By providing the damper 34 in this manner, it is possible to suppress the displacement of the tip 30a of the base 30 and the tip region 26a of the vibrating arm 26 and to suppress the stress from being applied to the bonding portion between the support arm 28 and the conductive adhesive 32. It is possible to prevent the resonance frequency from changing due to a change in the bonding state. Further, since the damper 34 is made of a flexible material, it does not give an impact to the piezoelectric vibrating piece 24, and the impact causes one of an excitation electrode (not shown), a connection electrode (not shown), and a tip weight layer (not shown). It is possible to prevent the resonance frequency from changing due to peeling of the portion. Furthermore, since the damper 34 fills each recess, the strength of the mounting substrate 14 is improved.
このような圧電振動子１０を使用して、圧電デバイス（発振器、センサ）を構成することができる。圧電振動子１０をＩＣ等で形成された発振回路（不図示）と接続して発振器を構成すると、周波数精度の高い交流信号を得ることができる。また、圧電振動子１０を使用したセンサ（不図示）は、物理量に応じて圧電振動片２４の周波数が変動することを
利用してその物理量を検出するセンサである。例えば、温度、加速度によって発生する応力、角速度によって発生するコリオリ力など検出するセンサが例に挙げられる。
A piezoelectric device (oscillator, sensor) can be configured using such a piezoelectric vibrator 10. When the oscillator is configured by connecting the piezoelectric vibrator 10 to an oscillation circuit (not shown) formed of an IC or the like, an AC signal with high frequency accuracy can be obtained. A sensor (not shown) that uses the piezoelectric vibrator 10 is a sensor that detects a physical quantity by using a change in the frequency of the piezoelectric vibrating piece 24 according to the physical quantity. For example, a sensor that detects a stress generated by temperature, acceleration, a Coriolis force generated by an angular velocity, and the like is given as an example.
図２に本実施形態に係る圧電振動子１０に対して外部から所定の強度の衝撃を与えた場合の共振周波数の変化を示す。図２（ａ）は、第１の凹部１４ａが無い場合、図２（ｂ）は第１の凹部１４ａを形成した場合を示す。いずれの場合においても、複数の圧電振動子を用意して、それぞれの共振周波数を測定し、所定の高さから床に落下させたのち共振周波数を測定し、落下前後の共振周波数の差を無次元化して表示している。ここで、共振周波数の差が負の値となっているときは、落下後に共振周波数が小さくなったことを意味する。なお、いずれの場合においても圧電振動子には第２の凹部１４ｂが形成されているものとする。 FIG. 2 shows a change in resonance frequency when an impact with a predetermined strength is applied from the outside to the piezoelectric vibrator 10 according to the present embodiment. FIG. 2A shows the case where the first recess 14a is not provided, and FIG. 2B shows the case where the first recess 14a is formed. In any case, prepare a plurality of piezoelectric vibrators, measure their resonance frequencies, drop them from the predetermined height onto the floor, measure the resonance frequencies, and eliminate the difference in resonance frequencies before and after dropping. It is displayed in dimensions. Here, when the difference in resonance frequency is a negative value, it means that the resonance frequency has decreased after dropping. In any case, it is assumed that the second recess 14b is formed in the piezoelectric vibrator.
図２（ａ）に示すように、第１の凹部１４ａがない場合は、落下前後における共振周波数の変動が大きい。これは、圧電振動片２４の基部３０の先端３０ａ（及び支持腕２８の基部３０の先端３０ａ側）が実装基板１４に衝突し、その衝撃により、接続電極（不図示）の一部、場合によっては励振電極、及び先端錘層の一部が剥がれることにより、共振周波数が変化したものと考えられる。 As shown to Fig.2 (a), when there is no 1st recessed part 14a, the fluctuation | variation of the resonant frequency before and behind a fall is large. This is because the tip 30a of the base 30 of the piezoelectric vibrating piece 24 (and the tip 30a side of the base 30 of the support arm 28) collides with the mounting substrate 14, and the impact causes a part of the connection electrode (not shown), depending on the case. It is considered that the resonance frequency was changed by peeling off part of the excitation electrode and the tip weight layer.
そして図２（ｂ）に示すように、第１の凹部１４ａを設けた場合は、基部３０の先端３０ａが実装基板１４に衝突することが回避されたと考えられ、共振周波数の変化は図２（ａ）の場合よりかなり改善されていることが分かる。 As shown in FIG. 2B, when the first recess 14a is provided, it is considered that the tip 30a of the base 30 has been prevented from colliding with the mounting substrate 14, and the change in the resonance frequency is shown in FIG. It can be seen that there is a considerable improvement over the case of a).
なお、第１の凹部１４ａにダンパー３４を埋め込んだ場合は、柔軟性のあるダンパー３４が基部３０の先端３０ａを受け止めるため、ダンパー３４と基部３０の先端３０ａが当接しても基部３０の先端３０ａがダンパー３４側から衝撃を受けないものと期待され、圧電振動片２４の励振電極（不図示）及び接続電極（不図示）等に対して剥離等の悪影響を及ぼすことはないと考えられる。また基部３０の先端３０ａが第１の凹部１４ａに形成されたダンパー３４に受け止められるため、基部３０の先端３０ａが大きく変形することを防ぐことが期待され、前記接着部位に対する応力が緩和し、支持腕２８の先端領域２８ａと導電性接着剤３２との接着部位にも衝撃が伝わることもなく、前記接着部位の接着状態が変化することはないと考えられる。以上のことから第１の凹部１４ａにダンパー３４を埋め込んだ場合は共振周波数の変化が大きく抑制されると考えられる。 When the damper 34 is embedded in the first recess 14a, the flexible damper 34 receives the tip 30a of the base 30. Therefore, even if the damper 34 and the tip 30a of the base 30 abut, the tip 30a of the base 30 Is expected not to receive an impact from the damper 34 side, and it is considered that the excitation electrode (not shown), the connection electrode (not shown), etc. of the piezoelectric vibrating piece 24 do not have an adverse effect such as peeling. Further, since the tip 30a of the base 30 is received by the damper 34 formed in the first recess 14a, it is expected that the tip 30a of the base 30 is prevented from being greatly deformed, and the stress on the bonding portion is relaxed and supported. It is considered that no impact is transmitted to the bonded portion between the tip region 28a of the arm 28 and the conductive adhesive 32, and the bonded state of the bonded portion does not change. From the above, it is considered that when the damper 34 is embedded in the first recess 14a, the change in the resonance frequency is greatly suppressed.
以上説明したように、本実施形態に係る圧電振動子１０及び圧電デバイスによれば、圧電振動片２４の基部３０側は、落下等の衝撃により支持腕２８のパッケージ１２（実装基板１４）との接着部位を支点として変形することになるが、パッケージ１２の底面の基部３０の先端３０ａと対向する領域に凹部（第１の凹部１４ａ）を形成したことにより、圧電振動片２４の基部３０側が変形しても基部３０の先端３０ａがパッケージ１２部材に衝突することを回避して、ＣＩ値や共振周波数の変化を抑制することができる。また基部３０の先端３０ａがダンパー３４と当接して、ダンパー３４に先端３０ａの運動エネルギーを吸収させ、圧電振動片２４の基部３０側が大きく変形することを抑制することになる。よって、支持腕２８とパッケージ１２側との接着部位に対する圧電振動片２４の基部３０側からの衝撃と、基部３０側の変形による前記接着部位に対する曲げ応力とを緩和し、前記接着部位のマウント状態の変化を抑制してＣＩ値、共振周波数の変化を抑制することができ、小型化を図りつつ、耐衝撃性に優れた圧電振動子１０、圧電デバイスとなる。 As described above, according to the piezoelectric vibrator 10 and the piezoelectric device according to the present embodiment, the base 30 side of the piezoelectric vibrating piece 24 is in contact with the package 12 (mounting substrate 14) of the support arm 28 due to an impact such as dropping. The bonding portion is deformed with the fulcrum as a fulcrum, but the base 30 side of the piezoelectric vibrating piece 24 is deformed by forming a recess (first recess 14a) in a region facing the tip 30a of the base 30 on the bottom surface of the package 12. Even so, it is possible to prevent the tip 30a of the base 30 from colliding with the package 12 member, and to suppress changes in the CI value and the resonance frequency. Further, the tip 30a of the base 30 comes into contact with the damper 34, and the damper 34 absorbs the kinetic energy of the tip 30a, thereby suppressing the base 30 side of the piezoelectric vibrating piece 24 from being greatly deformed. Therefore, the impact from the base 30 side of the piezoelectric vibrating piece 24 to the bonding portion between the support arm 28 and the package 12 side and the bending stress to the bonding portion due to deformation on the base 30 side are alleviated, and the mounting state of the bonding portion Therefore, the piezoelectric vibrator 10 and the piezoelectric device having excellent impact resistance can be obtained while miniaturization is achieved.
またパッケージ１２は、第１実装基板１６と、前記先端３０ａと対向する領域に孔（第１の孔１８ｃ、第２の孔１８ｄ）を有し、前記第１実装基板１６に積層される第２実装基板１８と、前記第２実装基板１８に積層されるフレームとなるフレーム材２０と、を備え、前記孔と、前記孔によって露出した第１実装基板１６とが、前記第２実装基板１８の上
面を開口端とする凹部（第１の凹部１４ａ、第２の凹部１４ｂ）を有している。これにより、パッケージ１２は第１実装基板１６、第２実装基板１８、フレーム材２０の順に下から積層することにより形成されるため、積層後のパッケージ１２に直接凹部（第１の凹部１４ａ、第２の凹部１４ｂ）を形成する作業が不要となり、パッケージ１２を容易に形成することができる。そしてパッケージ１２を構成する第１実装基板１６、第２実装基板１８、及びフレーム材２０を、各構成物品の板材にパターニングした状態で積層して、積層後ダイシングしてパッケージ１２を固片化することが可能となるので、パッケージ１２の大量生産及びコストダウンを図ることができる。
The package 12 has a first mounting board 16 and a hole (first hole 18c, second hole 18d) in a region facing the tip 30a, and is stacked on the first mounting board 16. A mounting substrate 18 and a frame member 20 that is a frame stacked on the second mounting substrate 18, and the hole and the first mounting substrate 16 exposed through the hole are formed on the second mounting substrate 18. It has the recessed part (1st recessed part 14a, 2nd recessed part 14b) which makes an upper surface an opening end. As a result, the package 12 is formed by laminating the first mounting substrate 16, the second mounting substrate 18, and the frame material 20 in this order from the bottom, so that the package 12 after the lamination is directly recessed (first recess 14 a, first The operation of forming the second concave portion 14b) becomes unnecessary, and the package 12 can be easily formed. Then, the first mounting substrate 16, the second mounting substrate 18, and the frame material 20 constituting the package 12 are stacked in a patterned state on the plate material of each component, and the package 12 is separated by dicing after stacking. Therefore, mass production of the package 12 and cost reduction can be achieved.
なお、圧電振動片２４は図１に示すように２つの振動腕２６を挟むように２つの支持腕２８を設けた構造となっているが、これに限定されず、図３に示すように基部４２と、基部４２から延出した一つの支持腕４４と、基部４２から延出し支持腕４４の側面方向から挟むように形成され、溝部４８を有する振動腕４６からなる音叉型の圧電振動片４０を用いてもよい。このとき、振動腕４６には上述同様に励振電極（不図示）が形成され、励振電極（不図示）と接続する接続電極（不図示）が支持腕４４の先端領域４４ａにまで延びて形成されており、前記先端領域４４ａにおいて導電性接着剤（不図示）を介して接続電極（不図示）と、上述同様の実装基板上の固定電極（不図示）とを接着することにより、圧電振動子（不図示）を形成することができる。 The piezoelectric vibrating piece 24 has a structure in which two supporting arms 28 are provided so as to sandwich the two vibrating arms 26 as shown in FIG. 1, but the present invention is not limited to this, and the base portion is shown in FIG. 42, a single support arm 44 extending from the base portion 42, and a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece 40 including a vibrating arm 46 which is formed so as to be sandwiched from the side surface direction of the support arm 44 and extends from the base portion 42. May be used. At this time, an excitation electrode (not shown) is formed on the vibrating arm 46 in the same manner as described above, and a connection electrode (not shown) connected to the excitation electrode (not shown) extends to the distal end region 44 a of the support arm 44. By bonding a connection electrode (not shown) and a fixed electrode (not shown) on the mounting substrate similar to the above-mentioned through a conductive adhesive (not shown) in the tip region 44a, the piezoelectric vibrator (Not shown) can be formed.
１０………圧電振動子、１２………パッケージ、１４………実装基板、１６………第１実装基板、１８………第２実装基板、２０………フレーム材、２２………リッド、２４………圧電振動片、２６………振動腕、２８………支持腕、３０………基部、３２………導電性接着剤、３４………ダンパー、４０………圧電振動片、４２………基部、４４………支持腕、４６………振動腕、４８………溝部、１００………圧電振動子、１０２………圧電振動片、１０４………ベース基板、１０６………基部、１０８………先端錘層、１１０………支持腕、１１２………固定電極、１１４………導電性接着剤、１１６………振動腕、１１８………溝部。 10 ......... Piezoelectric vibrator, 12 ......... Package, 14 ......... Mounting substrate, 16 ......... First mounting substrate, 18 ......... Second mounting substrate, 20 ......... Frame material, 22 ......... Lid, 24 ......... Piezoelectric vibrating piece, 26 ......... Vibrating arm, 28 ......... Support arm, 30 ......... Base, 32 ......... Conductive adhesive, 34 ......... Damper, 40 ......... Piezoelectric Vibrating piece 42 ......... Base, 44 ......... Supporting arm 46 ......... Vibrating arm 48 ......... Groove portion 100 ... Piezoelectric vibrator 102 ......... Piezoelectric vibrating piece 104 ......... Base Substrate, 106... Base, 108... End weight layer, 110 Support arm 112, Fixed electrode 114, Conductive adhesive 116, Vibrating arm 118 Groove.
Claims (4)
基部と、前記基部から延出された振動腕と、前記基部から延出され、前記振動腕の長手方向に延びて形成された支持腕とを有し、前記パッケージに収容され、前記支持腕を前記パッケージの底面に固定して支持される圧電振動片と、を有する圧電振動子であって、
前記パッケージの底面の前記基部の先端と対向する領域に凹部が形成されたことを特徴とする圧電振動子。 Package and
A base, a resonating arm extending from the base, and a support arm extending from the base and extending in a longitudinal direction of the resonating arm. A piezoelectric vibrator having a piezoelectric vibrating piece fixedly supported on a bottom surface of the package,
A piezoelectric vibrator, wherein a recess is formed in a region of the bottom surface of the package facing the tip of the base.
前記孔と、前記孔によって露出した第１実装基板とが、前記第２実装基板の上面を開口端とする前記凹部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。 The package includes a first mounting substrate, a second mounting substrate having a hole in a region facing the tip, and stacked on the first mounting substrate, and a frame stacked on the second mounting substrate. Prepared,
2. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the hole and the first mounting substrate exposed by the hole form the concave portion having the upper surface of the second mounting substrate as an opening end.
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