JP2013098841A - Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same - Google Patents

Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same Download PDF

Info

Publication number
JP2013098841A
JP2013098841A JP2011241237A JP2011241237A JP2013098841A JP 2013098841 A JP2013098841 A JP 2013098841A JP 2011241237 A JP2011241237 A JP 2011241237A JP 2011241237 A JP2011241237 A JP 2011241237A JP 2013098841 A JP2013098841 A JP 2013098841A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
electrode
support
frame
vibrating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011241237A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noritugu Matsukura
徳丞 松倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Dempa Kogyo Co Ltd filed Critical Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority to JP2011241237A priority Critical patent/JP2013098841A/en
Publication of JP2013098841A publication Critical patent/JP2013098841A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small piezoelectric vibrator for obtaining a frequency signal stable over a wide temperature range, and an oscillator including the piezoelectric vibrator.SOLUTION: Vibration units 11 and 21 are provided for a common piezoelectric plate 1, and a frame-like body 31 is disposed surrounding these vibration units 11 and 21. First and second support units 12 and 22 for supporting the vibration units 11 and 21, respectively relative to the frame-like body 31 are provided for the piezoelectric plate 1. The frame-like body 31 is provided with electrode pads 15 and 25 connected to excitation electrodes 13 and 23 of the vibration units 11 and 21, respectively. Between these vibration units 11 and 21 is provided an elastic boundary region 32 formed by twin crystallization of the piezoelectric plate 1, for example, thereby suppressing the propagation of the vibration of the piezoelectric plate 1. Further, the elastic boundary region 32 is provided for the first support unit 12 and the second support unit 22.

Description

本発明は、圧電板を厚さ方向から挟むように励振電極を形成した圧電振動子及びこの圧電振動子を備えた発振器に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibrator in which excitation electrodes are formed so as to sandwich a piezoelectric plate from the thickness direction, and an oscillator including the piezoelectric vibrator.

例えば水晶などからなる圧電板の上下両面に励振電極を形成した水晶(圧電)振動子は、安定した周波数信号を出力する基準周波数源として、例えばTCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)などの発振器に広く使用されている。このTCXOは、感温素子を用いた温度補償回路を備えており、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号が得られると共に、小型で軽量という利点がある。そして、より一層安定した周波数信号が得られるTCXOとして、例えば特許文献1に記載されているように、共通の圧電板に2つの振動子を形成して、これら振動子の一方を温度センサとして利用する構成が知られている。   For example, a crystal (piezoelectric) vibrator in which excitation electrodes are formed on both upper and lower surfaces of a piezoelectric plate made of quartz or the like is widely used in an oscillator such as a TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) as a reference frequency source that outputs a stable frequency signal. Has been. This TCXO has a temperature compensation circuit using a temperature sensitive element, and has an advantage that a stable frequency signal can be obtained over a wide temperature range, and that it is small and lightweight. As a TCXO capable of obtaining a more stable frequency signal, for example, as described in Patent Document 1, two vibrators are formed on a common piezoelectric plate, and one of these vibrators is used as a temperature sensor. The structure to do is known.

ところで、電子機器の小型化が進むにつれて、水晶振動子についても小型化が求められており、特許文献2に記載されているように、例えば外枠体により片持ちあるいは両持ちで支持された振動子をフォトリソグラフィー法により製造する手法が知られている。
しかしながら、これら特許文献1、2あるいは特許文献3〜12には、フォトリソグラフィー法を用いてTCXOを形成する技術や、TCXOに対して電気信号の入出力を行うための引き出し電極については具体的に記載されていない。
By the way, as electronic devices are further reduced in size, the quartz resonator is also required to be reduced in size, and as described in Patent Document 2, for example, vibration supported by an outer frame in a cantilever manner or a both-end manner. A method of manufacturing a child by a photolithography method is known.
However, these Patent Documents 1 and 2 or Patent Documents 3 to 12 specifically describe a technique for forming a TCXO using a photolithography method and an extraction electrode for inputting / outputting an electric signal to / from the TCXO. Not listed.

特開2006−33195JP 2006-33195 A 特開平7−212171JP 7-212171 A 特開昭53−3179JP 53-3179 特開2004−146965JP 2004-146965 A 特開2008−22378JP2008-22378 特開2011−35546JP 2011-35546 A 特開2011−41113JP2011-41113A 特開2003−23339JP2003-23339 特開平5−160659JP-A-5-160659 特開昭61−238116JP 61-238116 A 特開昭61−13809JP 61-13809 特開2001−144578JP 2001-144578 A

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を得るための小型の圧電振動子及びこの圧電振動子を備えた発振器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a small piezoelectric vibrator for obtaining a stable frequency signal over a wide temperature range and an oscillator including the piezoelectric vibrator. There is to do.

本発明の圧電振動子は、
圧電板における互いに左右に並ぶ領域の各々の両面に一対の励振電極が設けられ、共振周波数が互いに異なるように構成された第1の振動部及び第2の振動部と、
これら第1の振動部及び第2の振動部を隙間領域を介して囲むように前記圧電板に形成された枠状体と、
この枠状体の左側部分から、前記第1の振動部を支持するために当該第1の振動部に向かって伸びる第1の支持部、及び前記枠状体の右側部分から、前記第2の振動部を支持するために当該第2の振動部に向かって伸びる第2の支持部と、
前記第1の支持部上に形成され、前記第1の振動部の励振電極に接続された第1の引き出し電極、及び前記第2の支持部上に形成され、前記第2の振動部の励振電極に接続された第2の引き出し電極と、
前記枠状体に設けられ、前記第1の引き出し電極及び前記第2の引き出し電極に夫々接続される第1の電極パッド及び第2の電極パッドと、
前記第1の振動部と前記第2の振動部との間、前記第1の支持部、及び前記第2の支持部の少なくとも1箇所に形成され、圧電板の振動の伝搬を抑制するための境界領域と、を備えたことを特徴とする。
The piezoelectric vibrator of the present invention is
A first vibration unit and a second vibration unit configured to be provided with a pair of excitation electrodes on both sides of each of the left and right regions of the piezoelectric plate and having different resonance frequencies;
A frame-like body formed on the piezoelectric plate so as to surround the first vibrating portion and the second vibrating portion via a gap region;
From the left part of the frame-like body, the first support part extending toward the first vibration part to support the first vibration part, and from the right part of the frame-like body, the second part A second support portion extending toward the second vibration portion to support the vibration portion;
A first lead electrode formed on the first support part and connected to the excitation electrode of the first vibration part, and an excitation of the second vibration part formed on the second support part. A second extraction electrode connected to the electrode;
A first electrode pad and a second electrode pad provided on the frame-like body and connected to the first extraction electrode and the second extraction electrode, respectively;
Between the first vibrating part and the second vibrating part, the first supporting part and the second supporting part are formed in at least one place for suppressing propagation of vibration of the piezoelectric plate. And a boundary region.

前記第1の電極パッド及び前記第2の電極パッドのうち一方の電極パッドは、当該電極パッドに接続される一方の振動部に対してこの電極パッドを介して応力が伝わることを抑えるために、前記枠状体上において他方の振動部側に寄った位置に配置されていても良い。   One electrode pad of the first electrode pad and the second electrode pad is for suppressing stress from being transmitted through the electrode pad to one vibrating portion connected to the electrode pad. You may arrange | position in the position which approached the other vibration part side on the said frame-like body.

本発明の圧電振動子は、
圧電板における互いに左右に並ぶ領域の各々の両面に一対の励振電極が設けられ、共振周波数が互いに異なるように構成された第1の振動部及び第2の振動部と、
これら第1の振動部及び第2の振動部を隙間領域を介して囲むように前記圧電板に形成された枠状体と、
前記第1の振動部及び前記第2の振動部を夫々支持するために、前記枠状体から前記第1の振動部及び前記第2の振動部に向かって夫々伸びる第1の支持部及び第2の支持部と、
前記第1の支持部上に形成され、前記第1の振動部の励振電極に接続された第1の引き出し電極、及び前記第2の支持部上に形成され、前記第2の振動部の励振電極に接続された第2の引き出し電極と、
前記枠状体に設けられ、前記第1の引き出し電極及び前記第2の引き出し電極に夫々接続される第1の電極パッド及び第2の電極パッドと、を備えたことを特徴とする。
The piezoelectric vibrator of the present invention is
A first vibration unit and a second vibration unit configured to be provided with a pair of excitation electrodes on both sides of each of the left and right regions of the piezoelectric plate and having different resonance frequencies;
A frame-like body formed on the piezoelectric plate so as to surround the first vibrating portion and the second vibrating portion via a gap region;
In order to support the first vibration part and the second vibration part, respectively, a first support part and a first support part extending from the frame body toward the first vibration part and the second vibration part, respectively. Two support parts;
A first lead electrode formed on the first support part and connected to the excitation electrode of the first vibration part, and an excitation of the second vibration part formed on the second support part. A second extraction electrode connected to the electrode;
A first electrode pad and a second electrode pad provided on the frame-like body and connected to the first lead electrode and the second lead electrode, respectively, are provided.

本発明の発振器は、
既述の圧電振動子と、
前記第1の電極パッドに接続される第1の発振回路と、
前記第2の振動部を温度センサーとして用いるために、前記第2の電極パッドに接続される第2の発振回路と、
前記第1の発振回路及び前記第2の発振回路の夫々の出力信号に基づいて設定周波数信号を得るための信号出力部と、を備えたことを特徴とする。
The oscillator of the present invention is
The previously described piezoelectric vibrator,
A first oscillation circuit connected to the first electrode pad;
A second oscillation circuit connected to the second electrode pad to use the second vibrating section as a temperature sensor;
And a signal output unit for obtaining a set frequency signal based on respective output signals of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit.

本発明は、共通の圧電板に第1の振動部及び第2の振動部を設けて、これら第1の振動部及び第2の振動部を囲む枠状体を配置すると共に、枠状体に対して第1の振動部及び第2の振動部を夫々支持する支持部を圧電板に設けている。そのため、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を得るための小型の圧電振動子を構成できる。また、枠状体の左側部分及び枠状体の右側部分に第1の振動部及び第2の振動部を夫々支持するための支持部を設けることにより、機械的強度に優れた圧電振動子を得ることができる。更に、第1の振動部及び第2の振動部の励振電極に夫々接続される電極パッドを枠状体に設けているので、電極パッド側からの機械的な応力や、圧電振動子の外部の温度変化による電極パッドの膨張収縮が各振動部へ伝達することを抑制できる。更にまた、第1の振動部と第2の振動部との間に、圧電板の振動の伝搬を抑制するための境界領域を設けることにより、これら振動部間での相互干渉を抑えることができる。また、第1の支持部及び第2の支持部の少なくとも1箇所に境界領域を設けることにより、振動部から支持部への振動エネルギーの漏出を抑えることができるので、安定した出力信号を得ることができる。   In the present invention, a first vibrating portion and a second vibrating portion are provided on a common piezoelectric plate, and a frame-like body surrounding the first vibrating portion and the second vibrating portion is disposed. On the other hand, a support portion for supporting the first vibrating portion and the second vibrating portion is provided on the piezoelectric plate. Therefore, a small piezoelectric vibrator for obtaining a stable frequency signal over a wide temperature range can be configured. Further, by providing support portions for supporting the first vibrating portion and the second vibrating portion on the left side portion of the frame-like body and the right side portion of the frame-like body, a piezoelectric vibrator having excellent mechanical strength can be obtained. Can be obtained. In addition, since the electrode pads connected to the excitation electrodes of the first vibrating portion and the second vibrating portion are provided in the frame-like body, mechanical stress from the electrode pad side, external of the piezoelectric vibrator, It is possible to suppress the expansion and contraction of the electrode pad due to the temperature change from being transmitted to each vibration part. Furthermore, by providing a boundary region for suppressing the propagation of the vibration of the piezoelectric plate between the first vibrating portion and the second vibrating portion, mutual interference between these vibrating portions can be suppressed. . In addition, since a boundary region is provided in at least one of the first support part and the second support part, leakage of vibration energy from the vibration part to the support part can be suppressed, so that a stable output signal can be obtained. Can do.

本発明の水晶振動子の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the crystal oscillator of this invention. 前記水晶振動子の表面側を示す平面図である。It is a top view which shows the surface side of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の裏面側を示す平面図である。It is a top view which shows the back surface side of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the said crystal oscillator. 前記水晶振動子における弾性境界領域を形成する様子を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows a mode that the elastic boundary area | region in the said crystal oscillator is formed. 前記水晶振動子の周波数特性を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the frequency characteristic of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の周波数温度特性を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the frequency temperature characteristic of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子を備えた発振器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the oscillator provided with the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the said crystal oscillator. 前記水晶振動子の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the said crystal oscillator.

本発明の圧電振動子の実施の形態の一例である水晶振動子について、図1〜図7を参照して説明する。始めに、この水晶振動子の概略について説明すると、この水晶振動子は、図1に示すように、例えば水晶からなる共通の圧電板1において互いに対向するように配置された2つの振動部11、21を備えている。そして、圧電板1には、平面で見た時に隙間領域を介してこれら振動部11、21を囲むように配置された枠状体31が設けられており、振動部11、21は、夫々支持部12、22を介して枠状体31に支持されている。圧電板1は、この例では長手方向(図2中X方向)が結晶軸のX軸となるように切断されたATカット板により構成されている。図1中2、3は夫々水晶振動子を収納するために上方側が開口する概略箱形の外装体及びこの外装体の上面を塞ぐ蓋体であり、各々例えばアルミナ(Al2O3)などのセラミックスにより構成されると共に、例えば直接接合により互いに封止されている。また、図1中4は外装体2の床面に形成された入出力電極であり、この入出力電極4を介して水晶振動子に対して電気信号の入出力が行われる。尚、図1では蓋体3の一部を切り欠いている。   A crystal resonator as an example of an embodiment of a piezoelectric resonator of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the outline of the crystal resonator will be described. As shown in FIG. 1, the crystal resonator includes two vibrating portions 11 arranged so as to face each other on a common piezoelectric plate 1 made of, for example, crystal. 21 is provided. The piezoelectric plate 1 is provided with a frame-like body 31 disposed so as to surround the vibrating portions 11 and 21 through a gap region when viewed in a plane, and the vibrating portions 11 and 21 are supported respectively. It is supported by the frame-like body 31 via the parts 12 and 22. In this example, the piezoelectric plate 1 is composed of an AT cut plate that is cut so that the longitudinal direction (X direction in FIG. 2) is the X axis of the crystal axis. In FIG. 1, reference numerals 2 and 3 denote a substantially box-shaped exterior body whose upper side opens to accommodate a crystal resonator, and a lid body that covers the upper surface of the exterior body, each of which is made of ceramics such as alumina (Al2O3). In addition, they are sealed together by, for example, direct bonding. Further, reference numeral 4 in FIG. 1 denotes an input / output electrode formed on the floor surface of the exterior body 2, and an electric signal is input / output to / from the crystal resonator via the input / output electrode 4. In FIG. 1, a part of the lid 3 is cut away.

これら振動部11、21の並ぶ方向を左右方向(図2中X方向)と呼ぶと共に、左側の振動部11及び右側の振動部21に夫々「第1」及び「第2」を付すと、第1の振動部11は、枠状体31において当該第1の振動部11よりも左側の部位(左側部分)からこの第1の振動部11に向かって互いに平行に伸びる第1の支持部12、12により支持されている。また、第2の振動部21は、枠状体31において当該第2の振動部21よりも右側の部位(右側部分)からこの第2の振動部21に向かって互いに平行に伸びる第2の支持部22、22により支持されている。そして、第1の振動部11の右端部と、第2の振動部21の左端部とは、互いに接続されている。従って、これら振動部11、21からなる構成は、支持部12、22を介して枠状体31により左右両持ちで支持されている。   The direction in which the vibrating portions 11 and 21 are arranged is referred to as a left-right direction (X direction in FIG. 2), and “first” and “second” are attached to the left vibrating portion 11 and the right vibrating portion 21, respectively. The first vibrating portion 11 includes a first support portion 12 that extends in parallel to each other from a portion (left side portion) on the left side of the first vibrating portion 11 toward the first vibrating portion 11 in the frame-shaped body 31. 12 is supported. In addition, the second vibrating portion 21 is a second support that extends in parallel to each other from a portion (right side portion) on the right side of the second vibrating portion 21 in the frame-shaped body 31 toward the second vibrating portion 21. Supported by the portions 22 and 22. And the right end part of the 1st vibration part 11 and the left end part of the 2nd vibration part 21 are mutually connected. Therefore, the configuration including the vibrating parts 11 and 21 is supported by the frame-like body 31 with both left and right sides via the support parts 12 and 22.

これら振動部11、21間の領域には、圧電板1の振動が当該領域を介して伝搬することを抑制するための弾性境界領域32が形成されている。この例では、弾性境界領域32は、圧電板1を双晶化させることによって形成されている。具体的には、この弾性境界領域32は、圧電板1が水晶のα−β転移点以上の温度となるように例えばレーザー光を当該圧電板1に照射して加熱することにより、水晶の電気軸即ちX軸を反転させることにより形成されたものであり、図4及び図5に示すように、前後方向(図2中Y方向)及び圧電板1の厚さ方向に亘って形成されている。   An elastic boundary region 32 for suppressing the vibration of the piezoelectric plate 1 from propagating through the region is formed in a region between the vibrating parts 11 and 21. In this example, the elastic boundary region 32 is formed by twinning the piezoelectric plate 1. Specifically, the elastic boundary region 32 is formed by, for example, irradiating and heating the piezoelectric plate 1 with laser light so that the piezoelectric plate 1 has a temperature equal to or higher than the α-β transition point of the crystal. It is formed by reversing the axis, that is, the X axis, and is formed across the longitudinal direction (Y direction in FIG. 2) and the thickness direction of the piezoelectric plate 1 as shown in FIGS. .

即ち、この弾性境界領域32は、各振動部11、21における圧電板1とは物性(共振周波数)が異なるように当該圧電板1を変質させた領域であり、従って振動部11、21間では当該弾性境界領域32を介して圧電板1の振動が伝搬しにくくなっている。具体的には、例えば第1の振動部11で発生する振動は、前記弾性境界領域32を介して第2の振動部21に向かおうとするが、当該弾性境界領域32の共振周波数が第1の振動部11における共振周波数とは異なるので、この弾性境界領域32において振動が減衰し、従って第2の振動部21への伝達が阻害される。第2の振動部21で発生する振動についても同様に、弾性境界領域32によって第1の振動部11への伝搬が阻害される。尚、図1では弾性境界領域32を省略している。   That is, the elastic boundary region 32 is a region in which the piezoelectric plate 1 is altered so that the physical properties (resonance frequency) of the vibrating portions 11 and 21 are different from those of the piezoelectric plate 1. The vibration of the piezoelectric plate 1 is difficult to propagate through the elastic boundary region 32. Specifically, for example, vibration generated in the first vibrating section 11 tends to go to the second vibrating section 21 via the elastic boundary region 32, but the resonance frequency of the elastic boundary region 32 is the first. Therefore, the vibration is attenuated in the elastic boundary region 32, and the transmission to the second vibrating portion 21 is hindered. Similarly, the vibration generated in the second vibrating portion 21 is inhibited from propagating to the first vibrating portion 11 by the elastic boundary region 32. In FIG. 1, the elastic boundary region 32 is omitted.

この弾性境界領域32は、図2〜図4にも示すように、各振動部11、21と枠状体31との間における支持部12、22にも形成されており、従って弾性境界領域32によって、各々の振動部11、21の振動エネルギーが支持部12、22を介して枠状体31に漏洩することが抑制されている。そのため、各振動部11、21では、圧電板1の振動に基づいて発生するエネルギーが閉じこめられていると言える。   The elastic boundary region 32 is also formed in the support portions 12 and 22 between the vibrating portions 11 and 21 and the frame-like body 31 as shown in FIGS. Therefore, the vibration energy of each of the vibration parts 11 and 21 is suppressed from leaking to the frame body 31 via the support parts 12 and 22. Therefore, it can be said that the energy generated based on the vibration of the piezoelectric plate 1 is confined in each of the vibration portions 11 and 21.

続いて、これら振動部11、21のうち第1の振動部11について説明する。第1の振動部11の上面側及び下面側には、圧電板1を厚さ方向から挟むように、互いに同じ膜厚例えば0.1μm程度となるように各々矩形に形成された一対の励振電極13a、13bが配置されている。圧電板1の上面(表面)側の励振電極13aには、2つの第1の支持部12、12のうち手前側の第1の支持部12の上面及び当該第1の支持部12の側面を介して圧電板1の下面(裏面)側に向かって伸び出す第1の引き出し電極14の一端側が接続されている。この第1の引き出し電極14の他端側は、図3に示すように、枠状体31の下面において当該枠状体31の角部に向かって伸び出して、第1の電極パッド15をなしている。尚、この実施の形態では、圧電板1を平面で見た時(表面側、図2)の前後方向を手前側及び奥側と呼んでいる。   Then, the 1st vibration part 11 among these vibration parts 11 and 21 is demonstrated. On the upper surface side and the lower surface side of the first vibrating section 11, a pair of excitation electrodes formed in a rectangular shape so as to have the same film thickness, for example, about 0.1 μm, so as to sandwich the piezoelectric plate 1 from the thickness direction. 13a and 13b are arranged. The excitation electrode 13 a on the upper surface (front surface) side of the piezoelectric plate 1 includes the upper surface of the first support portion 12 on the near side and the side surface of the first support portion 12 of the two first support portions 12 and 12. One end side of the first extraction electrode 14 extending toward the lower surface (rear surface) side of the piezoelectric plate 1 is connected. As shown in FIG. 3, the other end side of the first lead electrode 14 extends toward the corner of the frame body 31 on the lower surface of the frame body 31 to form the first electrode pad 15. ing. In this embodiment, when the piezoelectric plate 1 is viewed in a plane (front side, FIG. 2), the front-rear direction is referred to as the front side and the back side.

第1の電極パッド15の下方側には、外装体2の床面に形成された入出力電極4と当該第1の電極パッド15とを電気的に接続するために、導電材からなるバンプ(導電性接着剤)16が形成されている。このバンプ16の下方側における外装体2の下面には、図4に示すように、電極5が形成されており、当該蓋体3を上下方向に貫通するように設けられた貫通配線6を介して、第1の振動部11に対して入出力電極4から電気信号の入出力が行われるように構成されている。   On the lower side of the first electrode pad 15, a bump made of a conductive material (in order to electrically connect the input / output electrode 4 formed on the floor surface of the exterior body 2 and the first electrode pad 15 ( A conductive adhesive 16 is formed. As shown in FIG. 4, an electrode 5 is formed on the lower surface of the exterior body 2 below the bump 16, and through a through wiring 6 provided so as to penetrate the lid body 3 in the vertical direction. Thus, an electric signal is input / output from the input / output electrode 4 to the first vibrating section 11.

第1の振動部11の裏面側の励振電極13bには、図2及び図3に示すように、2つの支持部12、12のうち奥側の支持部12の裏面側に形成された引き出し電極14の一端側が接続されており、この引き出し電極14の他端側は、枠状体31の裏面側を奥側に向かって伸び出して第1の電極パッド15をなしている。この第1の電極パッド15は、同様にバンプ16及び貫通配線6を介して入出力電極4に接続されている。従って、第1の振動部11と第1の電極パッド15、15との間には、既述の弾性境界領域32が各々位置している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the excitation electrode 13 b on the back surface side of the first vibrating portion 11 is an extraction electrode formed on the back surface side of the back support portion 12 of the two support portions 12 and 12. One end side of the lead electrode 14 is connected, and the other end side of the lead electrode 14 extends from the back side of the frame-like body 31 toward the back side to form a first electrode pad 15. Similarly, the first electrode pad 15 is connected to the input / output electrode 4 via the bump 16 and the through wiring 6. Accordingly, the elastic boundary regions 32 described above are located between the first vibrating portion 11 and the first electrode pads 15 and 15, respectively.

第2の振動部21は、平面で見た時に振動部11、21間の弾性境界領域32において当該弾性境界領域32の中心位置を介して点対称となるように配置されている。即ち、第2の振動部21の上面側及び下面側には、互いに同じ膜厚となるように形成された一対の励振電極23a、23bが配置されている。これら励振電極23a、23bの膜厚は、第1の振動部11の共振周波数と第2の振動部21の共振周波数とを互いに異なる値にするために、既述の励振電極13a、13bとは異なる寸法例えば0.3μm程度となっている。   The second vibration part 21 is arranged so as to be point-symmetrical via the center position of the elastic boundary region 32 in the elastic boundary region 32 between the vibration parts 11 and 21 when viewed in a plane. That is, a pair of excitation electrodes 23 a and 23 b formed to have the same film thickness are disposed on the upper surface side and the lower surface side of the second vibrating portion 21. The film thicknesses of the excitation electrodes 23a and 23b are different from the excitation electrodes 13a and 13b described above in order to make the resonance frequency of the first vibration unit 11 and the resonance frequency of the second vibration unit 21 different from each other. Different dimensions, for example, about 0.3 μm.

第2の振動部21の上面側の励振電極23aは、2つの支持部22、22のうち奥側の支持部22の上面側に形成された引き出し電極24の一端側に接続されている。この引き出し電極24の他端側は、図2中右側に伸び出すと共に圧電板1の下面側に回り込んで、枠状体31の角部において第2の電極パッド25をなしている。この第2の電極パッド25は、図4に示すように、バンプ26、電極5及び貫通配線6を介して外装体2の下方側の入出力電極4に接続されている。   The excitation electrode 23 a on the upper surface side of the second vibration part 21 is connected to one end side of the extraction electrode 24 formed on the upper surface side of the support part 22 on the back side among the two support parts 22 and 22. The other end side of the lead electrode 24 extends to the right side in FIG. 2 and wraps around the lower surface side of the piezoelectric plate 1 to form a second electrode pad 25 at the corner of the frame 31. As shown in FIG. 4, the second electrode pad 25 is connected to the input / output electrode 4 on the lower side of the exterior body 2 through the bump 26, the electrode 5, and the through wiring 6.

第2の振動部21の裏面側の励振電極23bには、2つの支持部22、22のうち手前側の支持部22の下面側に形成された引き出し電極24の一端側が接続されており、この引き出し電極24の他端側は、枠状体31の裏面側を手前側に向かって伸び出して第2の電極パッド25をなしている。この第2の電極パッド25についても、バンプ26、電極5及び貫通配線6を介して外装体2の下面側の入出力電極4に接続されている。従って、第2の振動部21についても、当該第2の振動部21と第2の電極パッド25、25との間には、弾性境界領域32が各々位置している。尚、図4では励振電極13、23の膜厚を誇張して大きく描画している。   One end side of an extraction electrode 24 formed on the lower surface side of the support portion 22 on the front side of the two support portions 22, 22 is connected to the excitation electrode 23 b on the back surface side of the second vibration portion 21. The other end side of the extraction electrode 24 extends from the back side of the frame-shaped body 31 toward the front side to form a second electrode pad 25. The second electrode pad 25 is also connected to the input / output electrode 4 on the lower surface side of the exterior body 2 through the bump 26, the electrode 5, and the through wiring 6. Accordingly, the elastic boundary region 32 is located between the second vibrating part 21 and the second electrode pads 25 and 25 in the second vibrating part 21 as well. In FIG. 4, the thickness of the excitation electrodes 13 and 23 is exaggerated and drawn greatly.

次に、この水晶振動子の製造方法について、簡単に説明する。始めに、厚み寸法が例えば100μm程度に切断されると共に上下両面が研磨された水晶からなるウエハに対して、例えばレジストマスクを用いたフォトリソグラフィー法及びウエットエッチングにより、枠状体31と振動部11、21との間の領域、枠状体31と支持部12、22との間の領域及び支持部12、12(22、22)間の領域に貫通孔を形成する。次いで、既に説明したように、例えばレーザー光を用いて水晶ウエハを部分的に加熱することにより、弾性境界領域32を形成する。   Next, a method for manufacturing the crystal resonator will be briefly described. First, the frame 31 and the vibrating portion 11 are formed on a wafer made of quartz crystal whose thickness is cut to about 100 μm and whose upper and lower surfaces are polished by, for example, photolithography using a resist mask and wet etching. , 21, a region between the frame-shaped body 31 and the support parts 12 and 22, and a region between the support parts 12 and 12 (22 and 22). Next, as already described, the elastic boundary region 32 is formed by partially heating the quartz wafer using, for example, laser light.

続いて、水晶ウエハの上下両面に励振電極13a、13b、23a、23bを形成する。具体的には、励振電極13a、13bの形成される領域が開口すると共に当該領域以外を覆うようにパターニングされたレジストマスクを水晶ウエハ上に形成し、このウエハに対して例えばスパッタ法や無電解メッキなどにより例えば金(Au)などからなる金属膜を形成する。次に、水晶ウエハを例えば有機溶剤やアルカリ水溶液に浸漬し、レジストマスクと共に当該レジストマスク上に形成された余剰の金属膜を除去することにより、励振電極13a、13bを形成する。続いて、励振電極23a、23bの形成される領域が開口すると共に当該領域以外を覆うようにパターニングされたレジストマスクを水晶ウエハ上に形成し、先の手法と同様にして励振電極23a、23bを形成する。その後、同様の手法により引き出し電極14、24及び電極パッド15、25を形成した後、例えばダイシングにより圧電板1を個片化する。この圧電板1は、平面で見た時の寸法が例えば1650μm×3100μm程度となる。   Subsequently, excitation electrodes 13a, 13b, 23a, and 23b are formed on the upper and lower surfaces of the quartz wafer. Specifically, a resist mask patterned so as to open the areas where the excitation electrodes 13a and 13b are formed and cover the areas other than the areas is formed on the quartz wafer, and for example, sputtering or electroless is applied to the wafer. A metal film made of, for example, gold (Au) is formed by plating or the like. Next, the quartz wafer is immersed in, for example, an organic solvent or an alkaline aqueous solution, and the surplus metal film formed on the resist mask is removed together with the resist mask, thereby forming the excitation electrodes 13a and 13b. Subsequently, a resist mask patterned so as to open the regions where the excitation electrodes 23a and 23b are formed and to cover the regions other than the regions is formed on the quartz wafer, and the excitation electrodes 23a and 23b are formed in the same manner as the previous method. Form. Thereafter, the extraction electrodes 14 and 24 and the electrode pads 15 and 25 are formed by the same method, and then the piezoelectric plate 1 is separated into pieces by, for example, dicing. The size of the piezoelectric plate 1 when viewed in a plane is, for example, about 1650 μm × 3100 μm.

そして、入出力電極4、電極5及び貫通配線6の形成された外装体2の内部にバンプ16、26を配置すると共にこれらバンプ16、26の上方側に圧電板1を収納する。次いで、例えばレーザー光の照射によりバンプ16、26を溶融させて、入出力電極4と水晶振動子(励振電極13、23)とを電気的に導通させる。続いて、真空雰囲気において蓋体3を用いて外装体2の開口部を気密に塞ぐと共に、外装体2と蓋体3とを加熱しながら互いに押圧することにより、これら外装体2と蓋体3とを直接接合する。   The bumps 16 and 26 are disposed inside the exterior body 2 in which the input / output electrodes 4, the electrodes 5, and the through wiring 6 are formed, and the piezoelectric plate 1 is accommodated above the bumps 16 and 26. Next, the bumps 16 and 26 are melted by, for example, laser light irradiation, and the input / output electrode 4 and the crystal resonator (excitation electrodes 13 and 23) are electrically connected. Subsequently, the opening of the exterior body 2 is hermetically closed using the lid 3 in a vacuum atmosphere, and the exterior body 2 and the lid 3 are pressed against each other while being heated. And are joined directly.

従って、励振電極13a、13bの膜厚と励振電極23a、23bの膜厚とを互いにずらしていることから、例えば図6に示すように、第1の振動部11の共振周波数と第2の振動部21の共振周波数とが互いに異なる値となる。また、共通の圧電板1に2つの振動部11、21を形成していることから、これら振動部11、21の置かれる雰囲気の温度がほぼ揃う。従って、図7に示すように、これら振動部11、21の各々の温度特性(温度変化に対して共振周波数が変化する度合い)についても互いに揃う。尚、図6及び図7は、各々の振動部11、21の特性を模式的に示している。   Accordingly, since the film thickness of the excitation electrodes 13a and 13b and the film thickness of the excitation electrodes 23a and 23b are shifted from each other, for example, as shown in FIG. 6, the resonance frequency and the second vibration of the first vibration unit 11 are obtained. The resonance frequency of the part 21 is different from each other. In addition, since the two vibrating portions 11 and 21 are formed on the common piezoelectric plate 1, the temperature of the atmosphere in which the vibrating portions 11 and 21 are placed is almost the same. Therefore, as shown in FIG. 7, the temperature characteristics (the degree to which the resonance frequency changes with respect to the temperature change) of the vibrating parts 11 and 21 are also aligned with each other. 6 and 7 schematically show the characteristics of the vibrating portions 11 and 21.

続いて、以上説明した水晶振動子を備えた発振器の一例について、既述のTCXOを例に挙げて図8を参照して説明する。このTCXOは、外部に設定周波数fの信号を出力するための回路であり、TCXOの外部の温度変化に依らずに、あるいは外部の温度変化の影響を抑えて、この設定周波数fを出力できるように構成されている。この設定周波数fは、基準温度T例えば29℃において、基準電圧Vを第1の発振回路17に印加した時に得られる出力周波数である。 Next, an example of an oscillator including the crystal resonator described above will be described with reference to FIG. 8 taking the above-described TCXO as an example. This TCXO is a circuit for outputting a signal of the set frequency f 0 to the outside, and outputs this set frequency f 0 without depending on the temperature change outside the TCXO or suppressing the influence of the external temperature change. It is configured to be able to. The set frequency f 0 is an output frequency obtained when the reference voltage V 0 is applied to the first oscillation circuit 17 at the reference temperature T 0, for example, 29 ° C.

第1の振動部11には、電極パッド15、15を介して第1の発振回路17が接続されており、第2の振動部21には、同様に電極パッド25、25を介して、当該第2の振動部21を温度センサーとして用いるための第2の発振回路27が接続されている。そして、これら発振回路17、27間には、第2の発振回路27から入力される温度補償用の周波数信号に基づいて水晶振動子の温度を推定し、この温度において第1の発振回路17にて設定周波数fが得られる制御電圧V(V=V−ΔV)を演算するための制御電圧供給部41が信号出力部として設けられている。図8中42は、第2の発振回路27に制御電圧V10が入力される入力端であり、43は発振器の出力端である。また、図8中44はバリキャップダイオードである。 A first oscillation circuit 17 is connected to the first vibration part 11 via electrode pads 15 and 15, and the second vibration part 21 is similarly connected to the first vibration part 11 via electrode pads 25 and 25. A second oscillation circuit 27 for using the second vibration unit 21 as a temperature sensor is connected. The temperature of the crystal unit is estimated between the oscillation circuits 17 and 27 based on the temperature compensation frequency signal input from the second oscillation circuit 27, and the first oscillation circuit 17 is connected to the temperature at this temperature. Thus, a control voltage supply unit 41 for calculating a control voltage V c (V c = V 0 −ΔV) at which the set frequency f 0 is obtained is provided as a signal output unit. 8 of 42 is an input terminal of the control voltage V 10 to the second oscillation circuit 27 is inputted, 43 is an output end of the oscillator. In FIG. 8, 44 is a varicap diode.

具体的には、制御電圧供給部41は、第2の発振回路27から入力される周波数信号から周波数fを計測するための例えば周波数カウンターなどからなる周波数検出部45と、この周波数検出部45において計測した周波数fに基づいて温度Tを推定する温度推定部46と、温度推定部46において推定した温度Tに基づいて補償電圧ΔVを演算するための補償電圧演算部47と、補償電圧演算部47にて演算された補償電圧ΔVを基準電圧Vから減算した制御電圧Vを第1の発振回路17に出力するための加算部48と、を備えている。温度推定部46には、以下の(1)式に示す第2の発振回路27の周波数温度特性(例えば3次関数)が記憶されており、この温度特性と第2の発振回路27の発振周波数fとに基づいて、水晶振動子の温度が求められる。
f=f10{1+α(T−T10)3+β(T−T10)+γ} ・・・(1)
Specifically, the control voltage supply unit 41 includes a frequency detection unit 45 including, for example, a frequency counter for measuring the frequency f from the frequency signal input from the second oscillation circuit 27, and the frequency detection unit 45 A temperature estimation unit 46 that estimates the temperature T based on the measured frequency f, a compensation voltage calculation unit 47 that calculates the compensation voltage ΔV based on the temperature T estimated by the temperature estimation unit 46, and a compensation voltage calculation unit 47 It includes an adder 48 for outputting a control voltage V c to the computed compensation voltage ΔV is subtracted from the reference voltage V 0 to the first oscillation circuit 17, the at. The temperature estimation unit 46 stores a frequency temperature characteristic (for example, a cubic function) of the second oscillation circuit 27 expressed by the following equation (1). This temperature characteristic and the oscillation frequency of the second oscillation circuit 27 are stored. Based on f, the temperature of the crystal unit is obtained.
f = f 10 {1 + α 2 (T−T 10 ) 3 + β 2 (T−T 10 ) + γ 2 } (1)

また、補償電圧演算部47は、第1の発振回路17の温度特性である例えば3次関数発生器を備えており、以下の(2)〜(4)式及び温度Tに基づいて、補償電圧ΔVを求めるように構成されている。
ΔV=V(Δf/f) ・・・(2)
Δf/f=α(T−T)3+β(T−T)+γ ・・・(3)
ΔV=V{α(T−T)3+β(T−T)+γ}・・ ・(4)
α、β、γ及びα、β、γは夫々第1の発振回路17及び第2の発振回路27に固有の定数であり、温度や基準電圧を種々変えて出力周波数を測定することにより求められる。尚、Δf=f−fであり、またf10は第2の発振回路27において基準温度T10にて基準電圧V10を印加した時に得られる出力周波数である。
Further, the compensation voltage calculation unit 47 includes, for example, a cubic function generator that is a temperature characteristic of the first oscillation circuit 17, and the compensation voltage is calculated based on the following equations (2) to (4) and the temperature T. It is comprised so that (DELTA) V may be calculated | required.
ΔV = V 0 (Δf / f 0 ) (2)
Δf / f 0 = α 1 (T−T 0 ) 3 + β 1 (T−T 0 ) + γ 1 (3)
ΔV = V 01 (T−T 0 ) 3 + β 1 (T−T 0 ) + γ 1 } (4)
α 1 , β 1 , γ 1 and α 2 , β 2 , γ 2 are constants specific to the first oscillating circuit 17 and the second oscillating circuit 27, respectively. It is obtained by measuring. Δf = f−f 0 , and f 10 is an output frequency obtained when the reference voltage V 10 is applied at the reference temperature T 10 in the second oscillation circuit 27.

この発振器において入力端42に制御電圧V10を入力すると、第2の発振回路27では、水晶振動子の温度Tに基づいて、既述の式(1)で求められる発振周波数fにおいて基本波の厚み滑り振動で発振する。この発振周波数fは、既述のように周波数検出部45を介して温度推定部46に入力され、この温度推定部46において水晶振動子の温度Tが推定される。そして、補償電圧演算部47では、温度推定部46にて得られた温度Tに基づいて補償電圧ΔVが演算され、加算部48を介して制御電圧Vが第1の発振回路17に印加される。第1の発振回路17では、水晶振動子の温度T及び制御電圧Vに応じた発振周波数f、即ち設定周波数fにおいて厚み滑り振動で振動する。つまり、温度Tでは、第1の発振回路17は、基準温度Tとの差分(T−T)だけ、当該第1の発振回路17の周波数温度特性の3次関数に沿って発振周波数fが設定周波数fからずれようとする。しかし、設定周波数fが得られる制御電圧Vを第1の発振回路17に印加していることから、即ち前記差分に対応する分だけ基準電圧Vよりも低い(あるいは高い)制御電圧Vを印加していることから、当該差分を相殺した出力周波数(設定周波数f)が得られる。 When the control voltage V 10 is input to the input terminal 42 in this oscillator, the second oscillation circuit 27 generates a fundamental wave at the oscillation frequency f obtained by the above-described equation (1) based on the temperature T of the crystal resonator. Oscillates with thickness shear vibration. As described above, the oscillation frequency f is input to the temperature estimation unit 46 via the frequency detection unit 45, and the temperature estimation unit 46 estimates the temperature T of the crystal resonator. The compensation voltage calculation unit 47 calculates the compensation voltage ΔV based on the temperature T obtained by the temperature estimation unit 46, and the control voltage V c is applied to the first oscillation circuit 17 via the addition unit 48. The The first oscillation circuit 17 vibrates with thickness shear vibration at an oscillation frequency f corresponding to the temperature T of the crystal resonator and the control voltage V c , that is, a set frequency f 0 . That is, at the temperature T, the first oscillation circuit 17 causes the oscillation frequency f to follow the cubic function of the frequency temperature characteristic of the first oscillation circuit 17 by the difference (T−T o ) from the reference temperature T 0. but when you Zureyo from the set frequency f 0. However, since the control voltage V c for obtaining the set frequency f 0 is applied to the first oscillation circuit 17, that is, the control voltage V lower (or higher) than the reference voltage V 0 by the amount corresponding to the difference. Since c is applied, an output frequency (set frequency f 0 ) in which the difference is canceled is obtained.

上述の実施の形態によれば、共通の圧電板1に振動部11、21を設けて、これら振動部11、21を囲む枠状体31を配置すると共に、枠状体31に対して振動部11、21を夫々支持する支持部12、22を圧電板1に設けている。そのため、広い温度範囲に亘って安定した周波数信号を得るための小型の水晶振動子を構成できる。また、水晶振動子は、図2などから分かるように、平面で見た時に、振動部11、21間を通る直線を介して長辺方向(X方向)において線対称となり、且つ支持部12、12間及び支持部22、22間を各々通る直線を介して短辺方向(Y方向)においても線対称となっている。そのため、例えば当該水晶振動子の外部から加わる応力が均等に分散されるので、良好な機械的強度が得られる。言い換えると、このように上下対称且つ左右対称に構成することにより、良好な機械的耐性が得られる。   According to the above-described embodiment, the vibration parts 11 and 21 are provided on the common piezoelectric plate 1, the frame body 31 surrounding the vibration parts 11 and 21 is disposed, and the vibration part is disposed with respect to the frame body 31. Support portions 12 and 22 that respectively support 11 and 21 are provided on the piezoelectric plate 1. Therefore, a small crystal unit for obtaining a stable frequency signal over a wide temperature range can be configured. Further, as can be seen from FIG. 2 and the like, the crystal resonator is symmetrical with respect to the long side direction (X direction) via a straight line passing between the vibration portions 11 and 21 when viewed in a plane, and the support portion 12 and It is line symmetric also in the short side direction (Y direction) through straight lines passing through 12 and between the support portions 22 and 22. For this reason, for example, stress applied from the outside of the crystal resonator is evenly distributed, so that good mechanical strength can be obtained. In other words, good mechanical resistance can be obtained by making the configuration symmetrical in the vertical and horizontal directions in this way.

また、振動部11、21の励振電極13、23に夫々接続される電極パッド15、25を枠状体31に設けているので、外装体2側からの機械的な応力や、圧電振動子の外部の温度変化による電極パッド15、25の膨張収縮が電極パッド15、25を介して各振動部11、21へ伝達することを抑制できる。更に、これら振動部11、21間に、圧電板1の振動の伝搬を抑制するための弾性境界領域32を設けることにより、振動部11、21間での相互干渉を抑えることができる。従って、広い温度範囲に亘って安定した出力周波数を得ることができる。更にまた、第1の支持部12及び第2の支持部22に弾性境界領域32を設けることにより、振動部11、21から支持部12、22への振動エネルギーの漏出を抑えることができるので、安定した出力信号を得ることができ、またCI(クリスタルインピーダンス)値の劣化(増大)を抑えることができる。また、本発明の水晶振動子では、良好な熱ヒステリシス特性が得られる。   In addition, since the electrode pads 15 and 25 connected to the excitation electrodes 13 and 23 of the vibrating portions 11 and 21 are provided on the frame-shaped body 31, mechanical stress from the exterior body 2 side, the piezoelectric vibrator It is possible to suppress the expansion and contraction of the electrode pads 15 and 25 due to an external temperature change from being transmitted to the vibrating portions 11 and 21 via the electrode pads 15 and 25. Further, by providing an elastic boundary region 32 for suppressing the propagation of vibration of the piezoelectric plate 1 between the vibrating parts 11 and 21, mutual interference between the vibrating parts 11 and 21 can be suppressed. Therefore, a stable output frequency can be obtained over a wide temperature range. Furthermore, since the elastic boundary region 32 is provided in the first support part 12 and the second support part 22, leakage of vibration energy from the vibration parts 11 and 21 to the support parts 12 and 22 can be suppressed. A stable output signal can be obtained, and deterioration (increase) in CI (crystal impedance) value can be suppressed. Further, in the crystal resonator of the present invention, good thermal hysteresis characteristics can be obtained.

以上説明した水晶振動子の他の例について、以下に列挙する。弾性境界領域32として、圧電板1を双晶化した例を説明したが、非晶質化しても良い。また、図9は、弾性境界領域32として、圧電板1を双晶化することに代えて、上下両面に溝33を形成した例を示している。この溝33は、例えば励振電極13、23を形成する前に、例えばウエットエッチングにより形成される。このように圧電板1に溝33を形成することにより、弾性境界領域32では、振動部11、21の形成された領域よりも圧電板1の膜厚が薄くなる。そのため、弾性境界領域32では、振動部11、21に対して共振周波数が変わるので、圧電板1の振動が伝搬しにくくなり、既述と同様の効果が得られる。尚、図9では、支持部12、22における弾性境界領域32については描画を省略している。以降の図10、10についても同様である。   Other examples of the crystal resonator described above are listed below. Although an example in which the piezoelectric plate 1 is twinned as the elastic boundary region 32 has been described, it may be made amorphous. FIG. 9 shows an example in which grooves 33 are formed on both upper and lower surfaces as the elastic boundary region 32 instead of twinning the piezoelectric plate 1. This groove 33 is formed by, for example, wet etching before forming the excitation electrodes 13 and 23, for example. By forming the groove 33 in the piezoelectric plate 1 in this way, the film thickness of the piezoelectric plate 1 is thinner in the elastic boundary region 32 than in the region where the vibrating portions 11 and 21 are formed. For this reason, in the elastic boundary region 32, the resonance frequency changes with respect to the vibrating portions 11 and 21, so that the vibration of the piezoelectric plate 1 is difficult to propagate and the same effect as described above can be obtained. In FIG. 9, the drawing of the elastic boundary region 32 in the support portions 12 and 22 is omitted. The same applies to the subsequent FIGS.

この時、振動部11、21間に貫通孔を形成し、いわば振動部11、21を切り離した場合には、これら振動部11、21間において音響結合が起こり、振動エネルギーが伝搬してしまうので、貫通孔ではなく溝33を形成することが好ましい。また、溝33としては、上面側及び下面側のいずれかだけに形成しても良く、図10は圧電板1の上面側に溝33を形成した例を示している。   At this time, when a through-hole is formed between the vibrating parts 11 and 21, so that the vibrating parts 11 and 21 are separated, acoustic coupling occurs between the vibrating parts 11 and 21, and vibration energy propagates. It is preferable to form the groove 33 instead of the through hole. Further, the groove 33 may be formed only on either the upper surface side or the lower surface side, and FIG. 10 shows an example in which the groove 33 is formed on the upper surface side of the piezoelectric plate 1.

また、弾性境界領域32としては、圧電板1を双晶化したり溝33を形成したりすることに代えて、図11に示すように、凸部34を設けても良い。この凸部34の厚み寸法は、各振動部11、21における圧電板1の例えば2倍程度に設定される。このような凸部34を備えた水晶振動子を製造する場合には、例えば当該凸部34の厚み寸法となるように圧電板1を形成した後、フォトリソグラフィー法及びウエットエッチングにより弾性境界領域32以外の領域(各振動部11、21など)を薄膜化し、続いて励振電極13、23などを成膜することにより形成される。凸部34を設けることにより、溝33を形成した場合と同様に共振周波数が振動部11、21の形成された領域とは異なる値になるので、既述の各例と同様の効果が得られる。また、凸部34を設けることにより、圧電板1が他の部位(振動部11、21)よりも厚くなるので、圧電板1の機械的強度が向上する。凸部34についても、図11のように上下両面に設けても良いし、上面側及び下面側のいずれかだけに設けても良い。   Further, as the elastic boundary region 32, instead of twinning the piezoelectric plate 1 or forming the groove 33, a convex portion 34 may be provided as shown in FIG. The thickness dimension of the convex part 34 is set to, for example, about twice that of the piezoelectric plate 1 in each of the vibration parts 11 and 21. In the case of manufacturing a crystal resonator having such a convex portion 34, for example, after forming the piezoelectric plate 1 so as to have the thickness dimension of the convex portion 34, the elastic boundary region 32 is formed by photolithography and wet etching. Other regions (respective vibration parts 11, 21, etc.) are thinned, and then the excitation electrodes 13, 23, etc. are formed. By providing the convex portion 34, the resonance frequency becomes a value different from the region where the vibration portions 11 and 21 are formed, as in the case where the groove 33 is formed, and therefore the same effect as in each of the examples described above can be obtained. . Moreover, since the piezoelectric plate 1 becomes thicker than other portions (vibrating portions 11 and 21) by providing the convex portion 34, the mechanical strength of the piezoelectric plate 1 is improved. The protrusions 34 may also be provided on both the upper and lower surfaces as shown in FIG. 11, or may be provided only on either the upper surface side or the lower surface side.

また、図12は、弾性境界領域32を振動部11、21間にだけ形成して、支持部12、22には形成しない例を示している。図13は、振動部11、21間には弾性境界領域32を形成せずに、支持部12、22に各々形成した例を示している。更に、図14は、振動部11、21間及び支持部22には弾性境界領域32を形成せずに、支持部12にだけ弾性境界領域32を形成した例を示している。このように、本発明は、振動部11、21間、支持部12、22のうち少なくとも1カ所に弾性境界領域32を設けても良い。   FIG. 12 shows an example in which the elastic boundary region 32 is formed only between the vibration parts 11 and 21 and not formed on the support parts 12 and 22. FIG. 13 shows an example in which the elastic boundary region 32 is not formed between the vibration parts 11 and 21 but formed on the support parts 12 and 22. Further, FIG. 14 shows an example in which the elastic boundary region 32 is formed only on the support portion 12 without forming the elastic boundary region 32 between the vibrating portions 11 and 21 and the support portion 22. As described above, in the present invention, the elastic boundary region 32 may be provided in at least one of the support portions 12 and 22 between the vibration portions 11 and 21.

以上説明した圧電板1として、長手方向が結晶軸のX軸となるように切り出したATカット板を例に挙げたが、長手方向がZ軸となるATカット板を用いても良い。また、圧電板1として、自然面であるr面が上下両面に露出した基板を用いても良い。このr面を圧電板1の上下面に形成する場合には、例えば圧電板1の側面側などに金属からなるマスクを形成し、続いて上下両面にr面が露出するまで例えばフッ化アンモニウム(NHF)液などに圧電板1を浸漬する。その後、この圧電板1に対して弾性境界領域32や励振電極13、23などを形成する。更に、圧電板1として、水晶の結晶軸のY軸に直交する面をX軸を中心にして約33°回転させ、かつこの位置から新しいZ‘軸を中心にして約22°回転させた面から切り出したSCカット板を用いても良い。このSCカット板を用いる場合には、弾性境界領域32としては、フェムト秒レーザーを照射することにより圧電板1を非晶質化しても良い。このSCカット板は、後述のOCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)に好適に用いられる。 As the piezoelectric plate 1 described above, an AT cut plate cut out so that the longitudinal direction is the X axis of the crystal axis is taken as an example, but an AT cut plate whose longitudinal direction is the Z axis may be used. Further, as the piezoelectric plate 1, a substrate in which the natural r-plane is exposed on both upper and lower surfaces may be used. When forming the r surface on the upper and lower surfaces of the piezoelectric plate 1, for example, a mask made of metal is formed on the side surface of the piezoelectric plate 1, and then, for example, ammonium fluoride (until the r surface is exposed on both the upper and lower surfaces. The piezoelectric plate 1 is immersed in NH 4 F) liquid or the like. Thereafter, the elastic boundary region 32 and the excitation electrodes 13 and 23 are formed on the piezoelectric plate 1. Further, as the piezoelectric plate 1, a surface orthogonal to the Y axis of the crystal axis of the crystal is rotated about 33 ° around the X axis, and is rotated about 22 ° around the new Z ′ axis from this position. You may use the SC cut board cut out from. When this SC cut plate is used, as the elastic boundary region 32, the piezoelectric plate 1 may be made amorphous by irradiating a femtosecond laser. This SC cut plate is suitably used for OCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator) described later.

また、図15に示すように、バンプ16、26を支持部12、22から離間させた位置に設けても良い。この例では、バンプ16については第1の振動部11よりも第2の振動部21側における枠状体31に形成すると共に、バンプ26については、第2の振動部21よりも第1の振動部11側における枠状体31に形成している。言い換えると、これらバンプ16、26は、圧電板1を囲む周面において、支持部12、22から夫々できるだけ離間するように配置されていると言える。従って、これらバンプ16、26は、互いに近接した位置に配置されることになる。このようにバンプ16、26と支持部12、22とを離間させることにより、バンプ16、26側(外装体2)からの機械応力や熱応力の影響をより一層抑えることができる。   Further, as shown in FIG. 15, the bumps 16 and 26 may be provided at positions separated from the support portions 12 and 22. In this example, the bump 16 is formed on the frame-like body 31 on the second vibrating portion 21 side with respect to the first vibrating portion 11, and the bump 26 has the first vibration than the second vibrating portion 21. It is formed in the frame-like body 31 on the part 11 side. In other words, it can be said that the bumps 16 and 26 are arranged so as to be separated from the support portions 12 and 22 as much as possible on the peripheral surface surrounding the piezoelectric plate 1. Accordingly, the bumps 16 and 26 are arranged at positions close to each other. Thus, by separating the bumps 16 and 26 and the support portions 12 and 22, it is possible to further suppress the influence of mechanical stress and thermal stress from the bumps 16 and 26 side (the outer package 2).

また、図16に示すように、弾性境界領域32を形成しなくても良い。更に、振動部11、21からなる構成を左右両側から支持することに代えて、図17に示すように、例えば手前側からこれら振動部11、21を各々片持ちで支持するようにしても良い。このような構成においても、既述の各例と同様に弾性境界領域32を形成しても良い。   Further, as shown in FIG. 16, the elastic boundary region 32 may not be formed. Further, instead of supporting the configuration including the vibrating portions 11 and 21 from the left and right sides, as shown in FIG. 17, for example, the vibrating portions 11 and 21 may be supported in a cantilevered manner from the front side. . Even in such a configuration, the elastic boundary region 32 may be formed in the same manner as in the examples described above.

本発明の水晶振動子を備えた発振器として、図8に示すTCXOを例に挙げたが、振動部11、21の周波数温度特性が揃っていることから、これら振動部11、21間の周波数の差分は、広い温度範囲においてほぼ一定の値となる。従って、この差分を設定周波数fとして利用しても良い。この場合には、前記差分を計算する算出部が信号出力部をなす。また、このTCXOにおける第1の振動部11の後段側(第1の振動部11と出力端43との間)に、波形整形用のフィルタを設けても良い。そして、この波形整形用のフィルタとして、第1の振動部11や第2の振動部21と共通の圧電板1に、これら振動部11、12と同様に一対の励振電極を設けた水晶振動子を用いることにより、振動部11、12とフィルタとの周波数温度特性が揃う。そのため、このようなフィルタを用いることにより、第1の振動部11から出力される出力信号の波形が乱れずに、良好な波形の信号が得られる。 The TCXO shown in FIG. 8 is taken as an example of the oscillator including the crystal resonator of the present invention. However, since the frequency temperature characteristics of the vibrating parts 11 and 21 are uniform, the frequency between the vibrating parts 11 and 21 is the same. The difference is a substantially constant value over a wide temperature range. Therefore, it may be used to this difference as a set frequency f 0. In this case, the calculation unit that calculates the difference serves as a signal output unit. Further, a waveform shaping filter may be provided on the rear side of the first vibration unit 11 (between the first vibration unit 11 and the output end 43) in the TCXO. Then, as this waveform shaping filter, a quartz crystal resonator in which a pair of excitation electrodes is provided on the piezoelectric plate 1 common to the first vibrating portion 11 and the second vibrating portion 21 in the same manner as the vibrating portions 11 and 12. By using, the frequency temperature characteristics of the vibrating parts 11 and 12 and the filter are aligned. Therefore, by using such a filter, a signal having a favorable waveform can be obtained without disturbing the waveform of the output signal output from the first vibrating unit 11.

また、TCXO以外にも、OCXOに本発明の水晶振動子を適用しても良い。この場合には、OCXOのヒータを制御する時に用いられる温度検出用のセンサに代えて本発明の水晶振動子を用いることにより、具体的には振動部11、21の発振周波数の差を算出して、この差を温度検出用の信号として利用することにより、小型のOCXOが得られる。   In addition to TCXO, the crystal resonator of the present invention may be applied to OCXO. In this case, by using the crystal resonator of the present invention instead of the temperature detection sensor used when controlling the heater of the OCXO, specifically, the difference between the oscillation frequencies of the vibration parts 11 and 21 is calculated. By using this difference as a temperature detection signal, a small OCXO can be obtained.

1 圧電板
11、21 振動部
12、22 支持部
13、23 励振電極
14、24 引き出し電極
17、27 発振回路
31 枠状体
32 弾性境界領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric plate 11, 21 Vibration part 12, 22 Support part 13, 23 Excitation electrode 14, 24 Extraction electrode 17, 27 Oscillation circuit 31 Frame-shaped body 32 Elastic boundary area

Claims (4)

圧電板における互いに左右に並ぶ領域の各々の両面に一対の励振電極が設けられ、共振周波数が互いに異なるように構成された第1の振動部及び第2の振動部と、
これら第1の振動部及び第2の振動部を隙間領域を介して囲むように前記圧電板に形成された枠状体と、
この枠状体の左側部分から、前記第1の振動部を支持するために当該第1の振動部に向かって伸びる第1の支持部、及び前記枠状体の右側部分から、前記第2の振動部を支持するために当該第2の振動部に向かって伸びる第2の支持部と、
前記第1の支持部上に形成され、前記第1の振動部の励振電極に接続された第1の引き出し電極、及び前記第2の支持部上に形成され、前記第2の振動部の励振電極に接続された第2の引き出し電極と、
前記枠状体に設けられ、前記第1の引き出し電極及び前記第2の引き出し電極に夫々接続される第1の電極パッド及び第2の電極パッドと、
前記第1の振動部と前記第2の振動部との間、前記第1の支持部、及び前記第2の支持部の少なくとも1箇所に形成され、圧電板の振動の伝搬を抑制するための境界領域と、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
A first vibration unit and a second vibration unit configured to be provided with a pair of excitation electrodes on both sides of each of the left and right regions of the piezoelectric plate and having different resonance frequencies;
A frame-like body formed on the piezoelectric plate so as to surround the first vibrating portion and the second vibrating portion via a gap region;
From the left part of the frame-like body, the first support part extending toward the first vibration part to support the first vibration part, and from the right part of the frame-like body, the second part A second support portion extending toward the second vibration portion to support the vibration portion;
A first lead electrode formed on the first support part and connected to the excitation electrode of the first vibration part, and an excitation of the second vibration part formed on the second support part. A second extraction electrode connected to the electrode;
A first electrode pad and a second electrode pad provided on the frame-like body and connected to the first extraction electrode and the second extraction electrode, respectively;
Between the first vibrating part and the second vibrating part, the first supporting part and the second supporting part are formed in at least one place for suppressing propagation of vibration of the piezoelectric plate. And a boundary region.
前記第1の電極パッド及び前記第2の電極パッドのうち一方の電極パッドは、当該電極パッドに接続される一方の振動部に対してこの電極パッドを介して応力が伝わることを抑えるために、前記枠状体上において他方の振動部側に寄った位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子。   One electrode pad of the first electrode pad and the second electrode pad is for suppressing stress from being transmitted through the electrode pad to one vibrating portion connected to the electrode pad. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrator is disposed at a position close to the other vibration part side on the frame-like body. 圧電板における互いに左右に並ぶ領域の各々の両面に一対の励振電極が設けられ、共振周波数が互いに異なるように構成された第1の振動部及び第2の振動部と、
これら第1の振動部及び第2の振動部を隙間領域を介して囲むように前記圧電板に形成された枠状体と、
前記第1の振動部及び前記第2の振動部を夫々支持するために、前記枠状体から前記第1の振動部及び前記第2の振動部に向かって夫々伸びる第1の支持部及び第2の支持部と、
前記第1の支持部上に形成され、前記第1の振動部の励振電極に接続された第1の引き出し電極、及び前記第2の支持部上に形成され、前記第2の振動部の励振電極に接続された第2の引き出し電極と、
前記枠状体に設けられ、前記第1の引き出し電極及び前記第2の引き出し電極に夫々接続される第1の電極パッド及び第2の電極パッドと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
A first vibration unit and a second vibration unit configured to be provided with a pair of excitation electrodes on both sides of each of the left and right regions of the piezoelectric plate and having different resonance frequencies;
A frame-like body formed on the piezoelectric plate so as to surround the first vibrating portion and the second vibrating portion via a gap region;
In order to support the first vibration part and the second vibration part, respectively, a first support part and a first support part extending from the frame body toward the first vibration part and the second vibration part, respectively. Two support parts;
A first lead electrode formed on the first support part and connected to the excitation electrode of the first vibration part, and an excitation of the second vibration part formed on the second support part. A second extraction electrode connected to the electrode;
A piezoelectric vibrator comprising: a first electrode pad and a second electrode pad provided on the frame-like body and connected to the first lead electrode and the second lead electrode, respectively. .
請求項1ないし3のいずれか一つに記載の圧電振動子と、
前記第1の電極パッドに接続される第1の発振回路と、
前記第2の振動部を温度センサーとして用いるために、前記第2の電極パッドに接続される第2の発振回路と、
前記第1の発振回路及び前記第2の発振回路の夫々の出力信号に基づいて設定周波数信号を得るための信号出力部と、を備えたことを特徴とする発振器。
The piezoelectric vibrator according to any one of claims 1 to 3,
A first oscillation circuit connected to the first electrode pad;
A second oscillation circuit connected to the second electrode pad to use the second vibrating section as a temperature sensor;
An oscillator comprising: a signal output unit for obtaining a set frequency signal based on respective output signals of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit.
JP2011241237A 2011-11-02 2011-11-02 Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same Pending JP2013098841A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011241237A JP2013098841A (en) 2011-11-02 2011-11-02 Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011241237A JP2013098841A (en) 2011-11-02 2011-11-02 Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013098841A true JP2013098841A (en) 2013-05-20

Family

ID=48620328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011241237A Pending JP2013098841A (en) 2011-11-02 2011-11-02 Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013098841A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111615755A (en) * 2018-12-25 2020-09-01 株式会社村田制作所 Vibration structure
CN112688654A (en) * 2019-10-18 2021-04-20 精工爱普生株式会社 Vibration element and oscillator
CN113691227A (en) * 2020-05-19 2021-11-23 精工爱普生株式会社 Vibrating element and oscillator
US11722098B2 (en) 2021-03-12 2023-08-08 Seiko Epson Corporation Vibrator and oscillator

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111615755A (en) * 2018-12-25 2020-09-01 株式会社村田制作所 Vibration structure
CN111615755B (en) * 2018-12-25 2023-06-16 株式会社村田制作所 Vibrating structure
CN112688654A (en) * 2019-10-18 2021-04-20 精工爱普生株式会社 Vibration element and oscillator
US11070169B2 (en) 2019-10-18 2021-07-20 Seiko Epson Corporation Vibration element and oscillator
US11264950B2 (en) 2019-10-18 2022-03-01 Seiko Epson Corporation Vibration element and oscillator
CN112688654B (en) * 2019-10-18 2023-07-14 精工爱普生株式会社 Vibrating element and oscillator
CN113691227A (en) * 2020-05-19 2021-11-23 精工爱普生株式会社 Vibrating element and oscillator
CN113691227B (en) * 2020-05-19 2023-07-04 精工爱普生株式会社 Vibrating element and oscillator
US11722098B2 (en) 2021-03-12 2023-08-08 Seiko Epson Corporation Vibrator and oscillator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201242246A (en) Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, piezoelectric oscillator, vibration gyro element, vibration gyro sensor, and electronic apparatus
TWI551043B (en) Vibrator element, vibrator, oscillator, and electronic device
JP2004200917A (en) Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device employing the same, cellular telephone device employing the piezoelectric device, and electronic equipment employing the piezoelectric device
TW201014157A (en) Piezoelectric vibrating pieces and piezoelectric devices comprising same
JP2013055400A (en) Piezoelectric vibration device and generator
JP5350102B2 (en) Tuning fork type bending crystal unit
JP2015023434A (en) Vibration piece, vibrator, oscillator, electronic apparatus and mobile
JP2013098841A (en) Piezoelectric vibrator, and oscillator including the same
JP2007081570A (en) Piezoelectric device
WO2019167920A1 (en) Vibration substrate, vibration element, and vibrator
CN107104652B (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator
JP2013042425A (en) Piezoelectric vibration piece and piezoelectric module
JP6666166B2 (en) Crystal element and crystal device
JP5428735B2 (en) Piezoelectric device
JP2009027306A (en) Surface acoustic wave device
JP6716283B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator
JP2005123828A (en) Tuning-fork piezo-electric oscillation piece and piezo-electric device
JP2018033062A (en) Piezoelectric device
JP2017200093A (en) Crystal device
US20140210566A1 (en) Crystal resonator, crystal resonator package, and crystal oscillator
JP2020065211A (en) Pedestal for vibration element, vibrator, and generator
JP6841892B2 (en) Crystal elements and crystal devices
JP7094777B2 (en) Pedestal, oscillator and oscillator for vibrating elements
US8212458B2 (en) Flexural-mode tuning-fork type quartz crystal resonator
JP2004236008A (en) Piezo-electric oscillating member, piezo-electric device using the same, and cell phone unit and electric apparatus using piezo-electric device