JP2011193315A - 圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】外部部材の支持面との平行度を保った状態で支持されることが可能な圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電デバイスの提供。
【解決手段】水晶振動片１０は、基部１１と、基部１１から延びる一対の振動腕１２と、基部１１に接続された保持部１３と、を備え、保持部１３がパッケージベース２２の内底面２１に支持される複数の支持部１３ｂを有し、平面視において、各支持部１３ｂを結んだ領域内に重心Ｇが位置するように錘部１３ｃ，１３ｄが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片及びこの圧電振動片を備えた圧電デバイスに関する。

特許文献１には、基部と、基部から平行に延びる複数の振動腕と、基部から振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備え、各固定用腕が重心の近傍の位置で基体（以下、外部部材という）と接合される構成の圧電振動片が開示されている。

特開２００４−２９７１９８号公報

特許文献１の圧電振動片は、固定用腕を複数備えていることから、外部部材に接合される際に、外部部材に支持される各支持部の位置設定に対する制約が少なく、重心の近傍の位置で外部部材に接合されることが比較的容易に行える。

しかしながら、近年の小型化の進展により、圧電振動片には、固定用腕が１つのものや、固定用腕がないものも存在する。
これらの場合、圧電振動片は、支持部の位置設定に対する制約が多く、そのままの状態では重心の近傍の位置で外部部材に接合されることが困難である。
換言すれば、圧電振動片は、平面視において各支持部を結んだ領域内、または各支持部を結んだ線上に重心が位置しない場合がある。
この場合、圧電振動片は、外部部材に支持される際に自重によって重心側に傾く力が発生することから、外部部材の支持面との平行度を保った状態で、外部部材に接合されることが困難になる虞がある。

この結果、この圧電振動片を備えた圧電デバイスは、外部部材としての、圧電振動片を収容するパッケージの支持面と圧電振動片とが干渉しないように、圧電振動片の傾斜を考慮して、両者の隙間を広めに設定しておく必要があることから、総厚の薄型化が困難になるという問題がある。

本発明は、上記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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる圧電振動片は、基部と、前記基部から延びる少なくとも１本の振動腕と、前記基部に接続された保持部と、を備えた圧電振動片であって、前記保持部は、外部部材に支持される複数の支持部を有し、平面視において、前記各支持部を結んだ領域内、または前記各支持部を結んだ線上に、前記圧電振動片の重心が位置するように錘部が形成されていることを特徴とする。

これによれば、圧電振動片は、保持部が外部部材に支持される複数の支持部を有し、平面視において、各支持部を結んだ領域内、または各支持部を結んだ線上に圧電振動片の重心が位置するように、保持部に錘部が形成されている。
この結果、圧電振動片は、外部部材に支持される際に自重による傾斜が回避されることから、外部部材の支持面との平行度を保った状態で、外部部材に接合されることが可能となる。
また、圧電振動片は、各支持部を結んだ線上に重心が位置する場合には、各支持部に曲げモーメントによる曲げ応力が殆ど発生しないことから、各支持部で外部部材に接合されることにより、各支持部の耐衝撃性などの特性を向上させることができる。
また、圧電振動片は、錘部が振動腕から離れた保持部に形成されていることから、錘部に起因する振動腕の振動特性の劣化を回避できる。

［適用例２］上記適用例にかかる圧電振動片において、前記保持部は、前記振動腕に沿って延びる固定用腕を有し、前記固定用腕の先端側に前記支持部の１つが設けられていることが好ましい。

これによれば、圧電振動片は、保持部が振動腕に沿って延びる固定用腕を有し、固定用腕の先端側に支持部の１つが設けられていることから、各支持部を結んだ領域を広くすることができる。
この結果、圧電振動片は、各支持部を結んだ領域内に重心を容易に位置させることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる圧電振動片において、前記錘部が金属被膜により形成されていることが好ましい。

これによれば、圧電振動片は、錘部が金属被膜により形成されていることから、例えば、振動腕に形成される周波数調整用の錘電極と一括して形成することができる。
この結果、圧電振動片は、錘部の形成による製造工数の増加を回避できる。

［適用例４］上記適用例にかかる圧電振動片において、前記錘部が前記保持部における前記基部の延長上の位置に形成されていることが好ましい。

これによれば、圧電振動片は、錘部が保持部における基部の延長上の位置に形成されていることから、振動腕からの振動の伝播状態が変化し、保持部におけるスプリアス（不要振動）を効率的に抑制できる。

［適用例５］上記適用例にかかる圧電振動片において、前記振動腕を複数本備え、前記複数本の振動腕と、前記基部とを含んで音叉を構成することが好ましい。

これによれば、圧電振動片は、複数本の振動腕と基部とを含んで音叉を構成することから、外部部材の支持面との平行度を保った状態で、外部部材に接合されることが可能な音叉型圧電振動片を提供できる。

［適用例６］本適用例にかかる圧電デバイスは、上記適用例のいずれかに記載の圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備え、前記圧電振動片の前記支持部が、前記パッケージに支持されていることを特徴とする。

これによれば、圧電デバイスは、外部部材としてのパッケージの支持面との平行度を保った状態で、圧電振動片をパッケージに接合することができる。
この結果、圧電デバイスは、両者の隙間を広めに設定する必要がないことから、総厚の薄型化を図ることができる。
また、圧電デバイスは、圧電振動片が各支持部を結んだ線上に重心が位置する場合には、各支持部に曲げモーメントによる曲げ応力が殆ど発生しないことから、各支持部でパッケージに接合されることにより、耐衝撃性、周波数エージング性、信頼性などの各特性を向上させることができる。

［適用例７］上記適用例にかかる圧電デバイスにおいて、前記圧電振動片を発振させる回路素子をさらに備え、発振器を構成することが好ましい。

これによれば、圧電デバイスは、圧電振動片を発振させる回路素子をさらに備え、発振器を構成することから、上記適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の効果を奏する圧電振動片を備えた発振器を提供することができる。

第１の実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）、（ｃ）は、（ａ）の断面図。 第２の実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。 第３の実施形態の発振器の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の圧電デバイスとしての水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図１（ａ）は、リッド（蓋体）側から俯瞰した平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。

図１に示すように、水晶振動子１は、圧電振動片としての水晶振動片１０と、水晶振動片１０が支持されると共に収容される外部部材としてのパッケージ２０とを備えている。
水晶振動片１０は、基部１１と、基部１１の一端から互いに略並行に延びる一対の振動腕１２と、基部１１の一端側とは振動腕１２の延びる方向において反対側になる他端側に接続された保持部１３と、を備えている。

水晶振動片１０の基部１１の他端側には、振動腕１２の長手方向と直交する方向に切り欠かれた一対の切り欠き部１４が形成されている。
水晶振動片１０の振動腕１２は、基部１１側に位置する腕部１５と、腕部１５より先端側に位置し、腕部１５より幅が広いハンマーヘッド部１６と、振動腕１２の長手方向に沿って主面１７，１８に形成され、振動腕１２の長手方向と直交する面に沿って切断した断面形状がＨ字状となる溝部１９と、を有している。
水晶振動片１０は、一対（２本）の振動腕１２と、基部１１とを含んで音叉を構成する音叉型水晶振動片である。

水晶振動片１０の保持部１３は、振動腕１２に沿って延びる１本の固定用腕１３ａを有している。
そして、保持部１３は、パッケージ２０に支持される複数（ここでは３つ）の支持部１３ｂを有し、固定用腕１３ａの先端側に支持部１３ｂの１つが設けられ、固定用腕１３ａの根元側に支持部１３ｂの他の１つが設けられている。
さらに、保持部１３は、パッケージ２０の短辺方向における固定用腕１３ａ側とは反対側の端部に、支持部１３ｂの残りの１つが設けられている。

保持部１３には、平面視において、各支持部１３ｂを結んだ領域内（図１（ａ）の２点鎖線で囲まれた三角形状の範囲内）に水晶振動片１０の重心Ｇが位置するように、錘部１３ｃ，１３ｄが主面１７側に形成されている。
錘部１３ｃは、固定用腕１３ａに帯状に形成され、錘部１３ｄは、固定用腕１３ａの根元近傍から、錘部１３ｃの延びる方向に対して略直交する方向に短冊状に形成されている。
また、錘部１３ｄは、保持部１３における振動腕１２の延びる方向に沿った基部１１の延長上の位置に形成されている。

錘部１３ｃ，１３ｄは、ハンマーヘッド部１６に形成されている図示しない周波数調整用の錘電極と同様に、ニッケル、クロム、金、銀などの金属被膜により構成されている。なお、これらの金属被膜は、蒸着、スパッタなどにより成膜され、フォトリソグラフィー及びエッチングによりパターニングされる。
なお、錘部１３ｃ，１３ｄが形成される前の水晶振動片１０の重心Ｇ’は、各支持部１３ｂを結んだ領域外に位置している。

パッケージ２０は、水晶振動片１０を内部に収容する凹部を有するパッケージベース２２と、パッケージベース２２の凹部を覆うリッド２３などから構成されている。
パッケージベース２２には、セラミックグリーンシートを成形して焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。また、リッド２３には、コバールなどの金属、ガラスなどが用いられている。

パッケージベース２２の内底面２１には、水晶振動片１０の各支持部１３ｂに対向する位置に、各支持部１３ｂを支持する内部電極２４が形成され、パッケージベース２２の外底面２５には、一対の外部端子２６が形成されている。
一対の外部端子２６は、図示しない内部配線によって２つの内部電極２４と接続されている。残りの１つの内部電極２４は、外部端子２６と接続されていなくてもよい。
なお、内部電極２４、外部端子２６は、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。

水晶振動片１０は、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤３０を介して、保持部１３の各支持部１３ｂがパッケージベース２２の内部電極２４に接合されている。
これにより、水晶振動片１０は、図示しない励振電極が内部電極２４を介して外部端子２６と電気的に接続されている。
なお、外部端子２６と電気的に接続されていない内部電極２４に対向する支持部１３ｂは、内部電極２４に支持されるだけで接合されていなくてもよい。この場合には、この内部電極２４の厚さを導電性接着剤３０の分を考慮して補正して、水晶振動片１０の接合時の傾斜を回避することが好ましい。

水晶振動子１は、パッケージベース２２の内部電極２４に水晶振動片１０が接合された後、リッド２３がパッケージベース２２に接合されることにより、パッケージ２０の内部が気密に封止される。
なお、リッド２３とパッケージベース２２との接合は、低融点ガラス、シームリングを用いたシーム溶接などで行われる。
なお、水晶振動子１は、パッケージベース２２に図示しない貫通孔を形成し、リッド２３を接合後、パッケージ２０の内部を減圧した状態（真空度の高い状態）で封止部材を貫通孔に充填し封止する封止部を、さらに備えていてもよい。

水晶振動子１は、外部から外部端子２６、内部電極２４、導電性接着剤３０、励振電極を経由して駆動信号が印加されることにより、水晶振動片１０が所定の周波数（例えば、３２ｋＨｚ）で矢印Ｃ方向に屈曲振動する。

上述したように、第１の実施形態の水晶振動子１は、水晶振動片１０の保持部１３が、パッケージ２０に支持される複数（３つ）の支持部１３ｂを有し、平面視において、各支持部１３ｂを結んだ領域内に水晶振動片１０の重心Ｇが位置するように、保持部１３に錘部１３ｃ，１３ｄが形成されている。
この結果、水晶振動片１０は、パッケージ２０に支持される際に自重による傾斜が回避されることから、パッケージベース２２の内底面２１との平行度を保った状態で、パッケージ２０に接合されることが可能となる。
これにより、水晶振動子１は、水晶振動片１０とパッケージベース２２の内底面２１との隙間Ｌを、自重による傾斜が発生しやすい従来構成（重心Ｇ’が各支持部１３ｂを結んだ領域外に位置している構成）より少なく設定することが可能なことから、総厚の薄型化を図ることができる。

また、水晶振動片１０は、錘部１３ｃ，１３ｄが振動腕１２から離れた保持部１３に形成されていることから、錘部１３ｃ，１３ｄに起因する振動腕１２の振動特性の劣化を回避できる。
これにより、水晶振動子１は、振動特性の劣化を回避できる。

また、水晶振動片１０は、錘部１３ｄが保持部１３における基部１１の延長上の位置に形成されていることから、振動腕１２からの振動の伝播状態が変化し、保持部１３における不要振動を効率的に抑制できる。
これにより、水晶振動子１は、振動特性を向上させることができる。

また、水晶振動片１０は、保持部１３が振動腕１２に沿って延びる固定用腕１３ａを有し、固定用腕１３ａの先端側に支持部１３ｂの１つが設けられていることから、各支持部１３ｂを結んだ領域を広くすることができる。
この結果、水晶振動片１０は、各支持部１３ｂを結んだ領域内に重心Ｇを容易に位置させることができる。
これにより、水晶振動子１は、上記隙間Ｌを従来構成より少なく設定することが容易に行えることから、総厚の薄型化を容易に図ることができる。

また、水晶振動片１０は、錘部１３ｃ，１３ｄが金属被膜により形成されていることから、例えば、振動腕１２のハンマーヘッド部１６に形成されている周波数調整用の錘電極と一括して形成することができる。
この結果、水晶振動片１０は、錘部１３ｃ，１３ｄの形成による製造工数の増加を回避できる。
これにより、水晶振動子１は、製造工数の増加を回避できる。

また、水晶振動片１０は、一対（２本）の振動腕１２と、基部１１とを含んで音叉を構成することから、パッケージベース２２の内底面２１との平行度を保った状態で、パッケージ２０に接合されることが可能な音叉型水晶振動片を提供できる。
これにより、水晶振動子１は、水晶振動片１０が実績のある音叉型水晶振動片であることから、優れた振動特性を得ることができる。

なお、水晶振動片１０の錘部１３ｃ，１３ｄは、保持部１３の主面１８側に形成されていてもよく、主面１７側、主面１８側の両方に形成されていてもよい。また、錘部１３ｃ，１３ｄは、いずれか一方のみが形成されていてもよい。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図２（ａ）は、リッド側から俯瞰した平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。また、第１の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図２に示すように、水晶振動子２は、水晶振動片１１０の保持部１１３に固定用腕１３ａ（図１参照）が形成されていない。
保持部１１３は、パッケージ２０の内部電極２４に支持及び接合される２つの支持部１１３ｂを有し、保持部１１３におけるパッケージ２０の短辺に沿った方向の一方の端部に支持部１１３ｂの１つが設けられ、他方の端部に支持部１１３ｂの他の１つが設けられている。

保持部１１３には、平面視において、２つの支持部１１３ｂを結んだ線上に水晶振動片１１０の重心Ｇが位置するように、パッケージ２０の短辺側の側面に錘部１１３ｄが形成されている。
なお、錘部１１３ｄは、第１の実施形態と同様に、ニッケル、クロム、金、銀などの金属被膜により構成されている。
なお、錘部１１３ｄが形成される前の水晶振動片１１０の重心Ｇ’は、２つの支持部１１３ｂを結んだ線上から離れた振動腕１２側に位置している。

上述したように、第２の実施形態の水晶振動子２は、水晶振動片１１０の保持部１１３がパッケージ２０の内部電極２４に支持及び接合される２つの支持部１１３ｂを有し、平面視において、２つの支持部１１３ｂを結んだ線上に重心Ｇが位置するように錘部１１３ｄが形成されている。
この結果、水晶振動片１１０は、第１の実施形態の効果に加えて、重心Ｇ’が２つの支持部１１３ｂを結んだ線上に位置しない従来構成と比較して、内部電極２４に接合された２つの支持部１１３ｂに曲げモーメントによる曲げ応力が殆ど発生しないことから、２つの支持部１１３ｂの接合強度、耐衝撃性などの特性を向上させることができる。
これにより、水晶振動子２は、耐衝撃性、信頼性、周波数エージング性などの水晶振動片１１０とパッケージ２０との接合状態に影響される各特性を向上させることができる。

なお、上記各実施形態における錘部１３ｃ，１３ｄ，１１３ｄは、金属被膜に限定するものではなく、樹脂系、セラミック系、ガラス系などの材料、または水晶を用いてもよい。
なお、上記各実施形態では、振動腕１２の数を２本としたが、これに限定するものではなく、１本、または３本以上でもよい。
また、ハンマーヘッド部１６、溝部１９、切り欠き部１４は、なくてもよい。

なお、上記各実施形態では、圧電振動片を水晶としたが、これに限定するものではなく、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体を被膜として備えたシリコンなどであってもよい。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態の圧電デバイスとしての発振器の概略構成を示す模式図である。図３（ａ）は、リッド側から俯瞰した平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＥ−Ｅ線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。また、第２の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図３に示すように、発振器３は、第２の実施形態の水晶振動子２に、水晶振動片１１０を発振させる回路素子としてのＩＣチップ４０をさらに備えて構成されている。
詳述すると、発振器３は、ＩＣチップ４０がパッケージベース２２の内底面２１に接着剤などで接合され、ＩＣチップ４０とパッケージベース２２の図示しない内部端子とが、金、アルミニウムなどの金属ワイヤー４１で接続されている。

なお、通常ＩＣチップ４０は、パッケージ２０内のスペース効率を考慮して、平面視において水晶振動片１１０と重なるように配置される。
このことから、パッケージ２０の内部電極２４は、水晶振動片１１０とＩＣチップ４０との隙間Ｌ１を確保するために、パッケージベース２２の内底面２１から１段高いマウント部２１ａに設けられている。
また、パッケージ２０の外部端子２６の数は、ＩＣチップ４０が備えられていることから、第２の実施形態より増えている。

上述したように、第３の実施形態の発振器３は、水晶振動子２に水晶振動片１１０を発振させるＩＣチップ４０をさらに備えている。
そして、発振器３は、水晶振動片１１０がパッケージベース２２の内底面２１との平行度を保った状態で、パッケージ２０に接合されていることから、水晶振動片１１０とＩＣチップ４０との隙間Ｌ１を、上記平行度を保てない従来構成と比較して少なくできる。
これにより、発振器３は、総厚の薄型化を図ることができる。
また、発振器３は、水晶振動片１１０を備えていることから、第２の実施形態と同様の効果を奏する発振器を提供することができる。

なお、発振器３は、第１の実施形態の水晶振動子１に、水晶振動片１０を発振させるＩＣチップ４０をさらに備えて構成されていてもよい。
これによれば、発振器３は、水晶振動片１０を備えていることから、総厚の薄型化を図ることができると共に、第１の実施形態と同様の効果を奏する発振器を提供することができる。

１，２…圧電デバイスとしての水晶振動子、３…圧電デバイスとしての発振器、１０…圧電振動片としての水晶振動片、１１…基部、１２…振動腕、１３…保持部、１３ａ…固定用腕、１３ｂ…支持部、１３ｃ，１３ｄ…錘部、１４…切り欠き部、１５…腕部、１６…ハンマーヘッド部、１７，１８…主面、１９…溝部、２０…外部部材としてのパッケージ、２１…内底面、２１ａ…マウント部、２２…パッケージベース、２３…リッド、２４…内部電極、２５…外底面、２６…外部端子、３０…導電性接着剤、４０…回路素子としてのＩＣチップ、４１…金属ワイヤー、１１０…水晶振動片、１１３…保持部、１１３ｂ…支持部、１１３ｄ…錘部、Ｇ，Ｇ’…重心、Ｌ，Ｌ１…隙間。

Claims (7)

1. 基部と、
   前記基部から延びる少なくとも１本の振動腕と、
   前記基部に接続された保持部と、を備えた圧電振動片であって、
   前記保持部は、外部部材に支持される複数の支持部を有し、平面視において、前記各支持部を結んだ領域内、または前記各支持部を結んだ線上に、前記圧電振動片の重心が位置するように錘部が形成されていることを特徴とする圧電振動片。
2. 請求項１に記載の圧電振動片において、前記保持部は、前記振動腕に沿って延びる固定用腕を有し、
   前記固定用腕の先端側に前記支持部の１つが設けられていることを特徴とする圧電振動片。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電振動片において、前記錘部が金属被膜により形成されていることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片において、前記錘部が前記保持部における前記基部の延長上の位置に形成されていることを特徴とする圧電振動片。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動片において、前記振動腕を複数本備え、前記複数本の振動腕と、前記基部とを含んで音叉を構成することを特徴とする圧電振動片。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備え、
   前記圧電振動片の前記支持部が、前記パッケージに支持されていることを特徴とする圧電デバイス。
7. 請求項６に記載の圧電デバイスにおいて、前記圧電振動片を発振させる回路素子をさらに備え、発振器を構成することを特徴とする圧電デバイス。

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