JP2012160995A - 振動片、振動子、発振器及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶振動片1は、基部10と、振動腕11a,11b,11cと、振動腕11a,11b,11cに設けられた励振電極12a,12b,12cと、を備え、励振電極12a,12b,12cが、振動腕11a,11b,11cの主面10a側に設けられた第1電極12a1,12b1,12c1と、第1電極12a1,12b1,12c1に対向して設けられた第2電極12a2,12b2,12c2と、第1電極12a1,12b1,12c1と第2電極12a2,12b2,12c2との間に延在する圧電体13と、を有し、第1電極12a1,12b1,12c1及び第2電極12a2,12b2,12c2の少なくとも一方が、ITOを含んで成ることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
上記のような振動片のQ値(振動の状態を現す無次元数であって、この値が大きいほど振動が安定であることを意味する)は、振動腕単体の状態に対して励振電極を設けることによって低下する。
上記のような振動片の励振電極には、圧電膜を挟む一対の電極膜としてTi(チタン)/Au(金)の膜(下地層にTi、上層にAuが積層された膜)が多用されている。
しかしながら、発明者らの解析によれば、励振電極の一対の電極膜にTi/Auを用いる構成では、Q値の低下の度合いが大きいという問題がある。
これは、発明者らが実験による解析の結果などから得た知見に依拠するものである。
なお、絶縁体は、アモルファス(非晶質)状態であることが好ましい。
ここでは、振動片の一例として、水晶を含んで成る基材を備えた水晶振動片について説明する。
図1は、第1実施形態の水晶振動片の概略構成を示す模式図である。図1(a)は、平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A線での断面図である。なお、各配線は省略してあり、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図2は、図1(a)のB−B線での断面図及び各励振電極の配線図である。
振動腕11a,11b,11cは、略角柱状に形成され、平面視において、Y軸方向と直交する水晶結晶軸のX軸方向に配列されると共に、Y軸方向とX軸方向とで特定される平面(XY平面)に沿った主面10a,10bの少なくとも一方に(ここでは主面10aに)、励振電極12a,12b,12cが設けられている。
振動腕11a,11b,11cは、励振電極12a,12b,12cによって、主面10aと直交する水晶結晶軸のZ軸方向(図1(b)の矢印方向)に屈曲振動(面外振動:主面10aに沿わない方向の振動)する。
なお、第1電極12a1,12b1,12c1及び第2電極12a2,12b2,12c2は、いずれか一方にITOを含んで成る膜が用いられ、他方に別の材料(例えば、Ti/Au、Cr(クロム)/Auなど)を含んで成る膜が用いられてもよい。
また、圧電体13には、結晶構造がZnOと同様のAlN(窒化アルミニウム)を含んで成る圧電材料を用いてもよい。
また、図1(a)に2点鎖線で示すように、基部10のX軸方向の両端部の主面10b側には、パッケージなどの外部部材への固定領域である固定部10c,10dが設けられている。なお、固定部10c,10dは、Y軸方向において基部10の振動腕11a,11b,11c側とは反対側の端部に設けられていることが好ましい。
ここで、励振電極12a,12b,12cの第1電極12a1,12b1,12c1には、ITOを含んで成る膜(以下、ITO膜という:光透過性を有する)が用いられていることから、レジストをパターニングする露光の際の振動腕11a,11b,11cの主面10a側から照射された照射光が、主面10a側にスパッタリングなどで成膜されたITO膜を透過してしまう。
透過した照射光は、振動腕11a,11b,11cの主面10b側の図示しない傾斜面で反射して、主面10b側からレジストの非露光部分(第1電極12a1,12b1,12c1を形成するのに必要な部分)に照射されてしまう虞がある。
なお、水晶振動片1は、照射光の透過を遮断する膜としてMo膜またはAu膜を用いることによって、アルカリ性の現像液を用いた現像時において、照射光の透過を遮断する膜としてAl(アルミニウム)膜を用いた際に顕著に発生するITO膜の電蝕が、回避されている。
図2に示すように、水晶振動片1の励振電極12a,12b,12cは、第1電極12a1,12b1,12c1と第2電極12a2,12b2,12c2とが交差配線によって交流電源に接続され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。
水晶振動片1は、上記交差配線によって励振電極12a,12cに発生する電界の方向と励振電極12bに発生する電界の方向とを互いに逆方向にして、圧電体13の伸縮が振動腕11a,11cと振動腕11bとの間で逆になるように構成されている。
具体的には、振動腕11a,11cの圧電体13が伸張したとき、振動腕11bの圧電体13が収縮し、振動腕11a,11cの圧電体13が収縮したとき、振動腕11bの圧電体13が伸張する。
これを繰り返すことで、水晶振動片1は、振動腕11a,11b,11cがZ軸方向に屈曲振動(面外振動)することになる。この際、隣り合う振動腕(ここでは、11aと11b、11bと11c)は、互いに逆方向に(逆相で)屈曲振動する。
これは、発明者らが実験による解析の結果などから得た知見に依拠するものである(詳細は後述する)。
加えて、水晶振動片1は、絶縁体14がSiO2を含んで成ることから、例えば、SiO2の有する温度特性と、ITOを含んで成る第1電極12a1,12b1,12c1及び第2電極12a2,12b2,12c2の有する温度特性とが相殺されることにより、温度変化に起因する周波数の変動を抑制することが可能となり得る。
図3は、水晶振動片における励振電極の各構成要素の材料とQ値との関係を示した図である。なお、図3は、発明者らのサンプルを用いた実験による解析結果をまとめたものである。
図3の各サンプルは、外形サイズが共通で励振電極の各構成要素の材料のみが異なる構成となっている。また、記載されたQ値は、例えば、レーザードップラー振動計などの周波数測定器による各サンプルの周波数測定値に基づいて導出したデータを用いている。
なお、図3では、便宜的に絶縁体14を絶縁体Aとし、圧電体13と第2電極12a2,12b2,12c2との間に設けられる絶縁体(本実施形態品では用いていない)を絶縁体Bとしている。
また、図3では、各サンプルの従来構造品(No.1)に対するQ値の向上度合いの比較判定結果を○(良)、◎(優良)の2段階で表記している。
一方、No.2の本実施形態品は、Q値が9000であることから、第1電極12a1,12b1,12c1及び第2電極12a2,12b2,12c2にTi/Auを用いる従来構造品に対して飛躍的にQ値が向上していることが分かる。
また、No.3の、本実施形態品に絶縁体Bを加えた変形例1品は、Q値が9000であることから、圧電体13と第2電極12a2,12b2,12c2との間に絶縁体Bを追加しても、本実施形態品に対してQ値の更なる向上は見込めないことが分かる。
また、No.5の、本実施形態品から絶縁体14(絶縁体A)を除去した変形例3品は、Q値が3500であることから、従来構造品に対してQ値が向上しているものの、Q値の更なる向上のためには、絶縁体14が必要であることが分かる。
つまり、Q値の更なる向上のためには、第1電極12a1,12b1,12c1と圧電体13との間に、絶縁体14が必要であることが改めて裏付けられたといえる。
No.4、No.7の結果から、第1電極12a1,12b1,12c1及び第2電極12a2,12b2,12c2の少なくとも一方をITO膜にすることにより、従来構造品よりもQ値が向上することが裏付けられたといえる。
この結果、水晶振動片1は、基部10の固定部10c,10dを外部部材へ固定した際の、固定部10c,10dを介して外部部材へ漏れる振動エネルギーが、固定部10c,10dが他の部分に設けられている場合(例えば、固定部10c,10dが振動腕11a,11b,11cの近傍に設けられている場合)と比較して、減少することから、Q値の低下を抑制することができる。
次に、上記第1実施形態で述べた水晶振動片(振動片)を備えた振動子としての水晶振動子について説明する。
図4は、第2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4(a)は、リッド(蓋体)側から俯瞰した平面図であり、図4(b)は、図4(a)のC−C線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。また、各配線は省略してある。
なお、上記第1実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
パッケージベース21には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどが用いられている。
リッド22には、パッケージベース21と同材料、または、コバール、42アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。
内部端子24,25は、水晶振動片1の基部10に設けられた接続電極18a,18bの近傍となる位置に略矩形状に形成されている。接続電極18a,18bは、図示しない配線により、水晶振動片1の各励振電極(12bなど)の第1電極(12b1など)及び第2電極(12b2など)に接続されている。
例えば、図2の配線において、交流電源の一方側の配線が接続電極18aに接続され、他方側の配線が接続電極18bに接続されている。
外部端子27,28は、図示しない内部配線によって内部端子24,25と接続されている。例えば、外部端子27は、内部端子24と接続され、外部端子28は、内部端子25と接続されている。
内部端子24,25及び外部端子27,28は、W(タングステン)などのメタライズ層にNi(ニッケル)、Auなどの各被膜をメッキなどの方法により積層した金属膜からなる。
そして、水晶振動子5は、水晶振動片1の接続電極18a,18bが、Au、Alなどの金属ワイヤー31により内部端子24,25と接続されている。
水晶振動子5は、水晶振動片1がパッケージベース21の内部端子24,25と接続された状態で、パッケージベース21の凹部がリッド22により覆われ、パッケージベース21とリッド22とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材29で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ている。
なお、パッケージ20の内部は、減圧状態(真空度の高い状態)または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
また、水晶振動片1の基部10は、固定部10c,10dに代えて、固定部10c,10d以外の部分、例えば、固定部10cと固定部10dとを結んだ直線の中心を含む部分の1個所で固定されていてもよい。
これによれば、水晶振動片1は、1個所で固定されることによって、固定部に生じる熱応力に起因する基部10の歪みを抑制することができる。
なお、水晶振動子5は、水晶振動片1に代えて各変形例の水晶振動片を備えた場合においても、上記と同様の効果を奏する振動子を提供することができる。
次に、上記第1実施形態で述べた水晶振動片(振動片)を備えた発振器としての水晶発振器について説明する。
図5は、第3実施形態の水晶発振器の概略構成を示す模式図である。図5(a)は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図5(b)は、図5(a)のC−C線での断面図である。なお、平面図では、リッド及び一部の構成要素を省略してある。また、各配線は省略してある。
なお、上記第1実施形態及び第2実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第1実施形態及び第2実施形態と異なる部分を中心に説明する。
発振回路を内蔵するICチップ40は、パッケージベース21の内底面23に、図示しない接着剤などを用いて固定されている。
ICチップ40は、図示しない接続パッドが、Au、Alなどの金属ワイヤー41により内部接続端子23aと接続されている。
なお、ICチップ40の接続パッドと内部接続端子23aとの接続には、金属ワイヤー41を用いたワイヤーボンディングによる接続方法以外に、ICチップ40を反転させてのフリップチップ実装による接続方法などを用いてもよい。
そして、水晶発振器6は、この発振に伴って生じる発振信号をICチップ40、内部接続端子23a、外部端子27,28などを経由して外部に出力する。
なお、水晶発振器6は、水晶振動片1に代えて各変形例の水晶振動片を備えた場合においても、上記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、水晶発振器6は、ICチップ40をパッケージ20に内蔵ではなく、外付けした構成のモジュール構造(例えば、1つの基板上に水晶振動子及びICチップが個別に搭載されている構造)としてもよい。
次に、上記第1実施形態で述べた水晶振動片(振動片)を備えた電子機器としての携帯電話について説明する。
図6は、第4実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
図6に示す携帯電話700は、上記第1実施形態で述べた水晶振動片1を、基準クロック発振源などとして備え、更に液晶表示装置701、複数の操作ボタン702、受話口703、及び送話口704を備えて構成されている。
また、振動片の振動方向は、Z軸方向(厚さ方向)に限定するものではなく、例えば、励振電極を振動腕の側面(主面同士を接続する面)に設けることにより、X軸方向(主面に沿った方向)としてもよい(この方向の屈曲振動は、面内振動と呼ばれている)。
また、振動片の振動腕の数は、3本に限定するものではなく、1本、2本、4本、5本、n本(nは6以上の自然数)でもよい。
なお、振動片の基部の厚さは、振動腕と同じ厚さにしてもよい。これによれば、振動片は、平板状となることから、製造が容易となる。
Claims (7)
- 水晶を含んで成る基材と、
前記基材側に設けられた第1電極と、
前記第1電極に対向して設けられた第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置された圧電体と、を有し、
前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方が、ITOを含んで成ることを特徴とする振動片。 - 請求項1に記載の振動片において、前記第1電極と前記圧電体との間に絶縁体を有することを特徴とする振動片。
- 請求項2に記載の振動片において、前記絶縁体は、SiO2を含んで成ることを特徴とする振動片。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の振動片において、前記圧電体は、ZnOを含んで成ることを特徴とする振動片。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片を収容したパッケージと、
を備えたことを特徴とする振動子。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片を発振させる発振回路と、
を備えたことを特徴とする発振器。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の振動片を備えたことを特徴とする電子機器。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
WO2018180340A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004265899A (ja) * | 2003-01-22 | 2004-09-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電素子およびその製造方法 |
JP2010081156A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Seiko Epson Corp | 圧電薄膜振動片、圧電薄膜振動片の製造方法、圧電薄膜振動子及び発振回路 |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004265899A (ja) * | 2003-01-22 | 2004-09-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電素子およびその製造方法 |
JP2010081156A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Seiko Epson Corp | 圧電薄膜振動片、圧電薄膜振動片の製造方法、圧電薄膜振動子及び発振回路 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018180340A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
JP2018170503A (ja) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
JP7053313B2 (ja) | 2017-03-29 | 2022-04-12 | 日東電工株式会社 | 圧電デバイス、及び圧電デバイスの製造方法 |
US11696506B2 (en) | 2017-03-29 | 2023-07-04 | Nitto Denko Corporation | Piezoelectric device with orientation control layer formed of sazo and manufacturing method thereof |
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