JP2012074938A - 圧電デバイスおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電デバイスとしての水晶振動子10は、基部16と、基部16から並行するように延出された振動腕15と、基部16から延出され、振動腕15を挟むように振動腕15のそれぞれの側面に並行して形成された支持腕17と、複数の振動腕15のそれぞれの開放端27近傍の主面に形成された錘層21と、開放端27と間隙を有し錘層21が溶融された周波数調整部22とを有する圧電振動片としての水晶振動片14と、収容部13に水晶振動片14を収容して、蓋体24によって気密に封止されるパッケージ11と、を有し、水晶振動片14は、支持腕17の一部が接合部25によって収容部13の底面12および蓋体24との間に狭隙を持って接続されている。
【選択図】図2
Description
用いた電子機器に関する。
用いた水晶振動子などの圧電デバイスが広く用いられている(例えば、特許文献1、特許
文献2参照)。従来の圧電デバイスを、図5(a)、(b)示し説明する。図5(a)、
(b)は、従来の圧電デバイスの一例として水晶振動子の構成を示す正断面図である。
する。水晶振動子100は、例えばセラミックなどで形成されたパッケージ102の凹部
のパッケージ底面104に形成された接続電極106に水晶振動片101が導電性接着剤
105により接続されている。水晶振動片101は、図示されていないが基部と該基部か
ら延設された一対の振動腕とを有しており、基部の部分で接続電極106に接続されてい
る。一対の振動腕の先端部の表面および裏面には、周波数調整用の錘層107が形成され
ている。接続電極106は、パッケージ底面104と段差となるように形成されており、
この接続電極106上に水晶振動片101が接続されている。この接続によって、パッケ
ージ底面104と水晶振動片101との間に空隙を有することになる。パッケージ102
の凹部を形成する壁部の上面には、蓋体103(リッドとも呼ばれる)が接合されている
。このとき、蓋体103と水晶振動片101との間に十分な空隙を有するようにパッケー
ジ102の壁部が形成されている。
ケージ底面104と水晶振動片101との間に十分な空隙を確保するため、パッケージ底
面104の一部に凹部108が設けられている。
片101の垂直方向に過度の衝撃力が加わると、水晶振動片101は、水晶振動片101
と接続電極106の接続位置を支点として変形する。この変形により、図5(a)の1点
鎖線101a,101bで示すように、支点から最も遠い一対の振動腕の先端が蓋体10
3、あるいはパッケージ底面104に衝突する。この衝突により周波数調整用の錘層10
7の、特に強度的に弱い振動腕の先端角部の破損、あるいは振動腕の先端部に形成されて
いる錘層を除去する際の溶融残渣の変形・脱落などが起こり、共振周波数シフト、CI値
低下などの振動特性の劣化を生じる虞があった。
形態または適用例として実現することが可能である。
うに延出された振動腕と、前記基部から延出され、前記振動腕を挟むように前記振動腕の
それぞれの側面に並行して形成された支持腕と、複数の前記振動腕のそれぞれの開放端近
傍の主面に形成された錘層と、前記開放端と間隙を有し前記錘層が除去された周波数調整
部と、を有する圧電振動片と、収容部に前記圧電振動片を収容し、前記収納部と蓋体とが
気密に封止されるパッケージと、を有し、前記支持腕の一部と前記収納部とが接合部によ
って接続され、前記圧電振動片は、前記収容部の底面との間および前記蓋体との間に狭隙
を有することを特徴とする。
波数調整部が、振動腕の開放端と間隙を有して形成されている。このため、落下などによ
り圧電デバイスの垂直方向に過度の衝撃力が加わった際に振動腕の先端の角部が蓋体ある
いはパッケージ底面に衝突しても、周波数調整部または周波数調整部の近傍に直接大きな
衝撃が加わることを防止することが可能となる。これにより、錘層を除去する際の溶融残
渣の変形・脱落などによる共振周波数シフト、CI値低下などの振動特性の劣化を防止す
ることができる。また、圧電振動片は収容部の底面との間および蓋体との間に従来よりも
狭い空隙(以下において狭隙と記す)を有するので、過度の衝撃力が加わった際に振動腕
の広い面積で蓋体あるいはパッケージ底面に面接触して衝撃を吸収できるので局所破壊が
低減できる。
端側の端は、前記振動腕の前記開放端から前記周波数調整部の前記開放端側の端までの間
隔Pと、前記基部の端から前記開放端までの振動腕の長さL1との相関で、0.089≦
P/L1≦0.134の範囲に設けられていることを特徴とする。
振動腕の長さL1との相関で、0.089≦P/L1≦0.134の範囲に設けられてい
る。周波数調整部の開放端側の端までの間隔Pを上記範囲とすることにより、圧電デバイ
スの垂直方向に過度の衝撃力が加わった際、圧電振動片に生じる回転モーメントが大きく
加わる領域から周波数調整部がはずれることになる。これにより、錘層を除去する際の溶
融残渣の変形・脱落などによる共振周波数シフト、CI値低下などの振動特性の劣化を防
止することができる。
と前記底面との距離、および前記圧電振動片と前記蓋体と距離との和が、40μm以上9
0μm以下であることを特徴とする。
片と蓋体と距離との和を40μm以上70μm以下とすることにより、圧電デバイスの垂
直方向に過度の衝撃力が加わった際、圧電振動片の平面(主面)が蓋体或いはパッケージ
底面に衝突する。
即ち、圧電振動片の振動腕の先端の回転モーメントが大きくなって圧電振動片の振動腕
の先端が大きく振れる前に、支持腕の振れ(変形)による圧電振動片の変形によって、圧
電振動片の平面(主面)が蓋体或いはパッケージ底面に衝突する。この衝突では、圧電振
動片の平面(主面)全体で蓋体或いはパッケージ底面に当たるため、衝撃力が分散し、圧
電振動片の単位面積当たりに加わる衝撃力が小さくなる。これにより、前述の適用例に加
えてさらに、錘層を除去する際の溶融残渣の変形・脱落などを防止する効果が大きくなり
、共振周波数シフト、CI値低下などの振動特性の劣化をさらに効果的に防止することが
できる。
て面および/または裏面には、溝部が形成されていることを特徴とする。
裏面には、溝部が形成されていることにより、より小型の圧電振動片を提供することが可
能となる。
イスと、少なくとも前記圧電デバイスを駆動させる機能を有する回路部と、が収納されて
いることを特徴とする。
した圧電デバイスが収納されていることから、小型薄型且つ特性の安定した電子機器を提
供することが可能となる。
以下、本発明に係る実施形態について、以下に図面を用いて説明する。図1および図2
は、本発明に係る第1実施形態の圧電デバイスとしての水晶振動子を示し、図1は、斜視
図、図2(a)は平面図、(b)、(c)は(a)のA−A’から見た正断面図である。
なお、図2(b)は錘層除去前の状態を示す図であり、(c)は錘層除去後の状態を示す
図である。
ージ11の収容部13に圧電振動片の一例としての水晶振動片14が接続され、リッドと
もよばれる蓋体24(図2(b)参照)によって気密に封止されている。なお、図1、お
よび図2(a)では、蓋体24を省略し、図示していない。
12を有した収容部13が形成されている。この収容部13が、水晶振動片14の収納キ
ャビティとなる。なお、本例では収納部13を凹形状とし、蓋体を平板形状としたが、逆
の構成として、平板形状の収納部と凹形状の蓋体とを用いてもよい。
さらに底面12には、水晶振動片14を載置して接続するための接続パッド19が形成
されている。なお、底面12およびその周辺には、接続パッド19などと接続された配線
パターンなども形成されるが、本説明では省略している。
接続パッド19の上面には、水晶振動片14の支持腕17が載置され、導電性接着剤2
0などによる接合部25により接続されている。
厚さによって水晶振動片14は、底面12と空隙を持って固定されることになる。なお、
接続パッド19は、例えば、タングステン(W)などをメタライズすることによって形成
される。
ビスマレイミド系導電性接着剤、或いはポリイミド形導電性接着剤などの、硬化後に柔軟
性を有する導電性接着剤が好ましい。これは、この柔軟性が外部からの衝撃力を吸収する
効果を有しているためであり、この衝撃力の吸収により水晶振動片14の破損を減少させ
ることが可能となる。
る。例えば、水晶振動子で一般的によく使用される、シリコーン系導電性接着剤の主な構
成成分は、Agフィラー・シリコーン樹脂・デカンなどのアルカンである。溶剤にはその
他のアルカンが用いられることもある。導電性接着剤20は、セラミックベース上にディ
スペンサー等を用いて適量吐出され、その後ただちに、水晶振動片14が乗せられる。そ
の後、加熱硬化炉にて加熱することで、溶剤の揮発・樹脂の硬化架橋反応が起こり、接着
剤としての機械的強度の確保および、形状の保持が達成される。ここで、接着剤は硬化反
応させる前であっても表面より溶剤の揮発が進行し、その粘性を徐々に失っていき、ある
程度の形状保持能力を発現する。この導電性接着剤20を用いることにより、水晶振動片
14の自重よりも溶剤が揮発した接着剤の形状保持能力の方が上回るようになり、水晶振
動片14の厚み方向における、例えば垂れ下がりなどが起こり難くなり、水晶振動片14
の接合位置精度を高めることが可能となる。
15と、振動腕15のそれぞれの外側面を挟むように基部16から延伸して開放端26を
有する一対の支持腕17とが、水晶基板から一体に形成されている。以降、振動腕15の
開放端27の近傍部分を振動腕15の先端部、支持腕17の開放端26の近傍部分を支持
腕17の先端部という。本例の水晶振動片14は、32.768KHzの共振周波数を有
するように形状が設定されている。本例では、基部端16aからの振動腕15の長さ(L
1)は、2.15〜2.30mm、基部端16aからの支持腕17の長さ(L2)は、1
.15〜1.35mm、厚さは、0.07〜0.13mm、一対の支持腕17外側面間の
幅寸法即ち水晶振動片の幅寸法は、0.5mm〜0.8mmに設定されている。また、一
対の支持腕17の幅寸法(W2)は、0.05〜0.15mm、振動腕15の幅寸法(W
1)は、0.05〜0.15mmに設定されるが、振動腕15の幅寸法(W1)が、支持
腕17の幅寸法(W2)よりも僅かに大きく設定されることが、変形のし易さなどから望
ましい。
凹状の溝部18が形成されている。溝部18は、振動腕15に形成される励振電極(図示
せず)の電界効率を高め振動特性を向上させるために形成される。
なお、本例では、振動腕15のおもて面と裏面の両面に溝部18が形成された構成を用
いて説明したがこれに限らず、溝部18は、おもて面或いは裏面のいずれか一面に形成さ
れている構成でもよい。
る。錘層21は、例えば、金(Au)或いは銀(Ag)などの金属で形成されている。な
お、図2(b)に示すように錘層21は、以下で説明する粗調領域22も含む領域に形成
される。本例の錘層21の長さ(R)は、振動腕15の開放端27から0.6mm程度に
設定されている。
せ込み調整(粗F調、粗調などともいう。以下「粗調」という。)を行うために設けられ
る。粗調では、レーザー光などを用いて錘層21を除去することによって共振周波数の合
わせ込み調整(周波数調整)が行われる。
このレーザー光による錘層21の除去は、レーザー光エネルギーにより錘層21を溶融
、蒸発させて行う。このときレーザー光は、集光されてエネルギー強度が均一となるよう
に調整される。しかしながら、集光されたレーザー光は、中心部のエネルギーが強く外周
に近づくほどエネルギーが弱くなる傾向となる。これにより、レーザー光の外周部付近が
照射された錘層21の一部には、蒸発が完全にできず山状に盛り上がった溶融残渣を生じ
ることになる。
近い部分の錘層21を残し、錘層21の中間部から基部16に近い側に向かって設けられ
る周波数調整部としての粗調領域22において粗調を行う。
図2(c)には、粗調後の錘層21と、錘層21が除去された粗調領域22とが示され
ている。
粗調領域22は、振動腕15の開放端27から粗調領域22の開放端27側の粗調領域
端22aまでの間隔(距離)P(粗調開始位置ともいう)を、下記式(1)の範囲にする
ことが望ましい。
0.089≦P/L1≦0.134・・・(1)
(L1は、基部端16aから開放端27までの振動腕15の長さである。)
なお、振動腕15の開放端27から粗調領域22の基部16側の粗調領域端22bまでの
距離Rは、粗調量によって異なるが、開放端27側の粗調領域端22aから200μm〜
300μm程度である。
0.1μm程度の金属膜が設けられている。
いて説明したがこれに限らず、錘層21は、おもて面或いは裏面のいずれか一面に形成さ
れている構成でもよい。
また、上記例では、粗調領域22は、基部16側に錘層21を若干残した構成で説明し
たがこれに限らない。粗調領域22は、錘層21の基部16側の端まで形成されていても
よい。
れた周波数調整部としての粗調領域22が、振動腕15の開放端27と間隙を有して形成
されている。このため、落下などにより水晶振動片14の垂直方向に過度の衝撃力が加わ
った際に振動腕15の先端(開放端27)の角部が蓋体24あるいは底面12に衝突して
も、粗調領域22または粗調領域22の近傍に直接大きな衝撃が加わることを防止するこ
とが可能となる。これにより、錘層21を除去する際の溶融残渣の変形・脱落などによる
共振周波数シフト、CI値低下などの振動特性の劣化を防止することができる。
相関で0.089≦P/L1≦0.134の範囲に設けられている。粗調領域22の開放
端27側の端までの間隔Pを上記範囲とすることにより、水晶振動子10の垂直方向に過
度の衝撃力が加わった際、水晶振動片14に生じる回転モーメントが大きく加わる領域か
ら粗調領域22がはずれることになる。これにより、錘層21を除去する際の溶融残渣の
変形・脱落などによる共振周波数シフト、CI値低下などの振動特性の劣化を前述に加え
てさらに防止することができる。
さらに、前述の図2(b)を参照して、第2実施形態の圧電デバイスとしての水晶振動
子を説明する。なお、前述の第1実施形態と同様の構成については、同符号を付けて説明
を省略する。
4と収容部13の底面12との狭隙G2(間隔)との和が50μm以上130μm以下と
なるように接続されている。なお、下限値の50μmは、現状における加工(組み立て)
が可能な最小の値であり、上限の130μmは、カスタマーからの水晶振動子10の厚さ
要望を加味した最大値を示している。
なお、本例では、水晶振動片14と蓋体24との狭隙G1が、30μm程度、水晶振動
片14と収容部13の底面12との狭隙G2が、30μm程度を狙い値としており、双方
の狭隙の和が60μmとなっている。
片14の変形について図3(a)および(b)を用いて説明する。図3(b)は、図2の
A−A’断面を示す正断面図であり、図3(a)は、(b)の左側面図である。
の水晶振動片14の変形について説明する。
二点鎖線で示す水晶振動片14は、先ず接合部25を支点として支持腕17が基部16
側に向かって蓋体24の方向に撓むように変形し(変形した支持腕17を変形支持腕17
aとして示す。)、支持腕17が変形した変形支持腕17aと繋がっている基部16およ
び振動腕15が蓋体24に接触する。
水晶振動片14と蓋体24との空間が大きく設定された場合では、この後、支点として
の接合部25からの距離が長く、回転モーメントの大きな振動腕15の先端が大きく変形
することになる。
しかし、本例では、水晶振動片14と蓋体24との空隙(狭隙)が30μmと小さいた
め、回転モーメントの大きな振動腕15の先端が僅かながら先に蓋体24と接触し、その
後順次振動腕15、基部16が蓋体24に倣うように面接触するようになる。
放端27の角部が破損することを防ぐことができる。また、極端に大きな力ではないにし
ても、当初接触する振動腕15の開放端27から間隙を空けて粗調領域22が設けられて
いることから、粗調領域22は、衝撃・圧力が分散する面状に接触する状態となり、粗調
の際に形成された溶融残渣の脱落、変形などが生じ難くなる。これにより、開放端27の
角部の破損、あるいは溶融残渣の脱落、変形などによる共振周波数のシフト、CI値低下
などの振動特性の劣化を防止することが可能となる。
このような構成とすることによって、錘層21を除去する際の溶融残渣の変形・脱落な
どによる共振周波数シフト、CI値低下などの振動特性の劣化を、さらに効果的に防止す
ることができる。
によって、底面12の側についても、蓋体24の側と同様な効果を有することとなる。
22の開放端27側の粗調領域端22aまでの間隔(距離)Pである粗調開始位置と、水
晶振動子10に対して垂直方向の単体落下前後の水晶振動子10の共振周波数の変化率と
の相関を示す。
図4によれば、振動腕15の開放端27から粗調領域22の開放端27側の粗調領域端
22aまでの間隔(距離)P(粗調開始位置)を、下記式(1)の範囲にすることにより
、水晶振動子10に対して垂直方向の単体落下における該当使用目的の一般的な水晶振動
子の許容共振周波数変化率を十分満たすことができることがわかる。
0.089≦P/L1≦0.134・・・(1)
(L1は、基部端16aから開放端27までの振動腕15の長さである。)
以下、図示しないが、上記圧電デバイスとしての水晶振動子10を搭載した電子機器に
ついて、説明する。
報形態端末は、筐体と、筐体に収納された前述の実施形態で説明した水晶振動子10と、
少なくとも水晶振動子10を発振させる機能および通信機能を有する回路部とを含んでい
る。
テナ部、音声出力部、音声入力部、操作部、及び表示部、制御回路部などを備えており、
制御回路部と前述の実施形態で説明した水晶振動子10とが接続されている。
特性を有しており、電子機器の小型化、特性の安定化に寄与することができる。
望まれる電子機器に好適に用いることが可能である。
部、14…圧電振動片としての水晶振動片、15…振動腕、16…基部、16a…基部端
、17…支持腕、17a…変形支持腕、18…溝部、19…接続パッド、20…導電性接
着剤、21…錘層、22…周波数調整部としての粗調領域、22a…開放端側の粗調領域
端、22b…基部側の粗調領域端、24…蓋体、25…接合部、26…支持腕の開放端、
27…振動腕の開放端。
Claims (5)
- 基部と、前記基部から互いに並行するように延出された振動腕と、前記基部から延出さ
れ、前記振動腕を挟むように前記振動腕のそれぞれの側面に並行して形成された支持腕と
、複数の前記振動腕のそれぞれの開放端近傍の主面に形成された錘層と、前記開放端と間
隙を有し前記錘層が除去された周波数調整部と、を有する圧電振動片と、
収容部に前記圧電振動片を収容し、前記収納部と蓋体とが気密に封止されるパッケージ
と、を有し、
前記支持腕の一部と前記収納部とが接合部によって接続され、
前記圧電振動片は、前記収容部の底面との間および前記蓋体との間に狭隙を有すること
を特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1に記載の圧電デバイスにおいて、
前記周波数調整部の前記開放端側の端は、
前記振動腕の前記開放端から前記周波数調整部の前記開放端側の端までの間隔Pと、前
記基部の端から前記開放端までの振動腕の長さL1との相関で、
0.089≦P/L1≦0.134の範囲に設けられていることを特徴とする圧電デバ
イス。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電デバイスにおいて、
前記狭隙は、前記圧電振動片と前記収納部の底面との距離、および前記圧電振動片と前
記蓋体と距離との和が、40μm以上90μm以下であることを特徴とする圧電デバイス
。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記振動腕のそれぞれのおもて面および/または裏面には、溝部が形成されていること
を特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の圧電デバイスと、
少なくとも前記圧電デバイスを駆動させる機能を有する回路部と、が収納されているこ
とを特徴とする電子機器。
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