JP2015097428A - 圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計並びに圧電振動片の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中心軸Cに沿って延在するように形成された振動部3と、該振動部の基端部を支持する基部4と、を有する圧電板2と、振動部の外表面上に形成され、電圧が印加された時に振動部を振動させる励振電極10、11と、を備え、基部が、マウント電極12、13が形成されたマウント部4aと、該マウント部と振動部との間に位置するように両者に連設され、励振電極とマウント電極とを接続する引き出し電極14が形成された中間部4bと、を有し、マウント部が、中間部よりも横幅が幅広とされ、マウント部の側面と中間部の側面とが、マウント部と中間部との段差部において、平面視した際に中心軸に対して傾斜する傾斜面4cを介して連設されている圧電振動片1を提供する。
【選択図】図1
Description
この圧電振動片200は、基部201が切欠部202によって横幅の異なる中間部201aとマウント部201bとに分かれている。マウント部201bは、中間部201aよりも横幅が大きく、主に圧電振動片200をマウントする際に用いられる部分である。一方、中間部201aは、マウント部201bよりも横幅が小さく、マウント部201bと振動腕部203との間に位置し、該振動腕部203の基端部を固定している部分である。
従って、振動漏れにばらつきが生じてしまい、振動漏れによる特性への影響が安定しない問題があった。
また、別の目的は、上記圧電振動片を製造する圧電振動片の製造方法、上記圧電振動片を有する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。
本発明に係る圧電振動片は、中心軸に沿って延在するように形成された振動部と、該振動部の基端部を支持する基部と、を有する圧電板と、振動部の外表面上に形成され、電圧が印加された時に振動部を振動させる励振電極と、を備え、前記基部が、マウント電極が外表面に形成されたマウント部と、該マウント部と前記振動部との間に位置するように両者に連設され、前記励振電極と前記マウント電極とを接続する引き出し電極が外表面に形成された中間部と、を有し、前記マウント部が、前記中間部よりも横幅が幅広とされ、前記マウント部の側面と前記中間部の側面とが、マウント部と中間部との段差部において、平面視した際に前記中心軸に対して傾斜する傾斜面を介して連設されていることを特徴とする。
次いで、複数の圧電板の外表面上に電極膜をパターニングして、励振電極、マウント電極及び引き出し電極をそれぞれ形成する電極形成工程を行う。その後、複数の圧電板をウエハから切り離して小片化する切断工程を行う。これにより、1枚のウエハから、圧電振動片を一度に複数製造することができる。
特に、ウエハの結晶方向に逆らって切欠部が形成されていた従来のものとは異なり、マウント部の側面と中間部の側面とが、両者の段差部においてウエハの結晶方向に沿い易い傾斜面で連設されているので、エッチング時間の変化に伴って傾斜面の形成具合が左右され難い。つまり、エッチング時間を長く或いは短くしても、傾斜面の傾斜角度が変化し難い。よって、エッチング残り量のばらつきを極力小さくでき、中間部の長さを毎回均一な長さにでき、振動漏れ対策に理想的な長さに調整し易い。従って、振動漏れによる特性の影響を非常に小さくすることができ、高品質な圧電振動片とすることができる。
特に、圧電振動片をキャビティ内に密閉した表面実装型のパッケージタイプの圧電振動子とすることができるので、塵埃等の影響を受けることなく圧電振動片を振動させることができ、圧電振動片をさらに高精度に振動させることができる。加えて、表面実装型であるので、実装を容易に行うことができると共に、実装後の安定性に優れている。
特に、圧電振動片をケース内に密閉したシリンダーパッケージタイプの圧電振動子とすることができるので、塵埃等の影響を受けることなく圧電振動片を振動させることができ、圧電振動片をさらに高精度に振動させることができる。
本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする。
また、本発明に係る圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計によれば、上述した圧電振動片を備えているので、同様に信頼性の向上化及び高品質化を図ることができる。
以下、本発明に係る圧電振動片の一実施形態を、図1から図10を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片の一例として、溝部付きタイプの音叉型の圧電振動片を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動片1は、例えば、表面実装型のガラスパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダーパッケージタイプの圧電振動子等に組み込まれるものであって、図1及び図2に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の圧電板2を備えている。
なお、図1は、圧電振動片1の表面側の平面図である。図2は、図1に示す振動腕部3a、3bの基端部を中心に拡大した図である。なお、図2では、各電極の図示を省略している。
また、これら一対の振動腕部3a、3bの主面(表裏面)上には、振動腕部3a、3bの基端部から先端部に向かって、一定幅で縦長の溝部5が形成されている。この溝部5は、振動腕部3a、3bの基端部側から中間部を越える範囲に亘って形成されている。これにより、一対の振動腕部3a、3bは、それぞれ図3に示すように断面H型となっている。 なお、図3は、図1に示すA−A線に沿った断面図である。
具体的には、図3に示すように、一方の励振電極10が、主に一方の振動腕部3aの溝部5内と他方の振動腕部3bの側面上とに形成され、他方の励振電極11が、主に一方の振動腕部3aの側面上と他方の振動腕部3bの溝部5内とに形成されている。
この際、図2に示すように、マウント部4aの横幅W1は、中間部4bの横幅W2よりも幅広に形成されている。また、マウント部4aの側面と中間部4bの側面とは、マウント部4aと中間部4bとの段差部において、平面視した際に中心軸Oに対して傾斜する傾斜面4cを介して連設されている。
本実施形態では、マウント部4aの側面と傾斜面4cとのなす角度θが、30度から60度の範囲内である45度となっている。
まずポリッシングが終了し、所定の厚みに高精度に仕上げられたウエハSを準備する(S1)。次いで、このウエハSをフォトリソ技術によってエッチングして、該ウエハSに複数の圧電板2の外形形状を形成する外形形成工程を行う(S2)。この工程について、具体的に説明する。
なお、複数の圧電板2は、後に行う切断工程を行うまで、図示しない連結部を介してウエハSに連結された状態となっている。
そして、この工程が終了した後、一対の振動腕部3a、3bの先端に周波数調整用の粗調膜15a及び微調膜15bからなる重り金属膜15(例えば、銀や金等)を形成する(S5)。そして、ウエハに形成された全ての振動腕部3a、3bに対して、共振周波数を粗く調整する粗調工程を行う(S6)。これは、重り金属膜15の粗調膜15aにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、圧電振動子の製造時に行う。
特に、ウエハの結晶方向に逆らって切欠部が形成されていた従来のものとは異なり、マウント部4aの側面と中間部4bの側面とが、両者の段差部によってウエハSの結晶方向に沿い易い傾斜面4cで連設されているので、エッチング時間の変化に伴って傾斜面4cの形成具合が左右され難い。つまり、エッチング時間を長く或いは短くしても、傾斜面4cの傾斜角度θは変化し難い。よって、エッチング残り量のばらつきを極力小さくでき、図2に示す中間部4bの長さLを毎回均一な長さにして、振動漏れ対策に理想的な長さに調整し易い。即ち、エッチング時間の変化に左右されることなく中間部4bの外形を形成でき、中間部4bの長さ(実効値)Lを設計値に極力近づけることができる。よって、効果的な振動漏れ対策を行うことができる。
その結果、振動漏れによる特性の影響を非常に小さくすることができ、高品質な圧電振動片1とすることができる。
次に、本発明に係る圧電振動子の一実施形態を、図11から図14を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子の一例として、表面実装型のガラスパッケージタイプの圧電振動子を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動子30は、図11から図14に示すように、ベース基板31とリード基板32とで2層に積層された箱状に形成されており、内部のキャビティC内に上述した音叉型の圧電振動片1が収納された圧電振動子である。
このベース基板31には、該ベース基板31を貫通する一対のスルーホール33、34が形成されている。この際、一対のスルーホール33、34は、キャビティC内に収まるように形成されている。より詳しく説明すると、マウントされた圧電振動片1の基部4側に一方のスルーホール33が位置し、振動腕部3bの先端部側に他方のスルーホール34が位置するように形成されている。
また、本実施形態では、ベース基板31を真っ直ぐに貫通したスルーホール33、34を例に挙げて説明するが、この場合に限られず、例えばベース基板31の下面に向かって漸次径が縮径するテーパー状に形成しても構わない。いずれにしても、ベース基板31を貫通していれば良い。
ベース基板31の上面側(リード基板32が接合される接合面側)には、導電性材料(例えば、アルミニウム)により、陽極接合用の接合膜37と、一対の引き回し電極38、39とがパターニングされている。このうち接合膜37は、リード基板32に形成された凹部32aの周囲を囲むようにベース基板31の周縁に沿って形成されている。
より詳しく説明すると、図12から図14に示すように、一方の引き回し電極38は、圧電振動片1の基部4の真下に位置するように一方の貫通電極35の真上に形成されている。また、他方の引き回し電極39は、一方の引き回し電極38に隣接した位置から、振動腕部3bに沿って該振動腕部3bの先端部側に引き回しされた後、他方の貫通電極36の真上に位置するように形成されている。
また、この圧電振動子30は、圧電振動片1をキャビティC内に密閉した表面実装型のガラスパッケージタイプであるので、塵埃等の影響を受けることなく圧電振動片1を振動させることができ、高品質化を図ることができる。加えて、表面実装型であるので、実装を容易に行うことができると共に、実装後の安定性に優れている。
次に、本発明に係る圧電振動子の実施形態を、図15を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子の一例として、シリンダーパッケージタイプの圧電振動子を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動子50は、圧電振動片1と、該圧電振動片1を内部に収納するケース51と、圧電振動片1をケース51内に密閉させる気密端子52と、を備えている。なお、図15は、圧電振動子50の上面図である。
ケース51は、有底円筒状に形成されており、気密端子52の後述するステム54の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。なお、このケース51の圧入は、真空中で行われており、ケース51内の圧電振動片1を囲む空間が真空に保たれた状態となっている。
また、この圧電振動子50は、圧電振動片1をケース51内に密閉したシリンダーパッケージタイプであるので、塵埃等の影響を受けることなく圧電振動片1を振動させることができ、高品質化を図ることができる。
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図16を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図16に示すように、上述した圧電振動子30を、集積回路101に電気的に接続された発振子として構成したものである。なお、圧電振動子50を内蔵しても構わない。
この発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上記集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子30の圧電振動片1が実装されている。
これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子30は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図17を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子30を有する携帯情報機器110を例にして説明する。なお、圧電振動子60を内蔵しても構わない。
始めに本実施形態の携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
この携帯情報機器110は、図17に示すように、圧電振動子30と、電力を供給するための電源部111とを備えている。電源部111は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部111には、各種制御を行う制御部112と、時刻等のカウントを行う計時部113と、外部との通信を行う通信部114と、各種情報を表示する表示部115と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部116とが並列に接続されている。そして、電源部111によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。
次に、本発明に係る電波時計130の一実施形態について、図18を参照して説明する。本実施形態の電波時計130は、図18に示すように、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子30を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。なお、圧電振動子60を内蔵しても構わない。
日本国内には、福島県(40kHz)と佐賀県(60kHz)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHz若しくは60kHzのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。
アンテナ132は、40kHz若しくは60kHzの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHz若しくは60kHzの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ133によって増幅され、複数の圧電振動子30を有するフィルタ部131によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子30は、上記搬送周波数と同一の40kHz及び60kHzの共振周波数を有する水晶振動子部138、139をそれぞれ備えている。
搬送波は、40kHz若しくは60kHzであるから、水晶振動子部138、139は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
また、上記実施形態では、マウント部4aの側面と傾斜面4cとのなす角度θが45度となるように傾斜面4cを形成したが、この角度θに限定されるものではなく、自由に設計して構わない。但し、30度から60度の範囲内にあることが好ましい。
S2…外形形成工程
S4…電極形成工程
S7…切断工程
1…圧電振動片
2…圧電板
3…振動部
3a、3b…振動腕部
4…基部
5…溝部
10、11…励振電極
20…エッチング保護膜(保護マスク)
30、50…圧電振動子
31…ベース基板
32…リード基板
40、41…外部電極
51…ケース
52…気密端子
53…リード端子
53a…インナーリード
53b…アウターリード
54…ステム
55…充填材
100…発振器
101…集積回路
110…携帯情報機器(電子機器)
113…計時部
130…電波時計
131…フィルタ部
Claims (9)
- 中心軸に沿って延在するように形成された一対の振動腕部と、該振動腕部の基端部を支持する基部と、を有する圧電板と、前記振動腕部の外表面上に形成され、電圧が印加された時に前記振動腕部を振動させる励振電極と、を備え、
前記基部は、
マウント電極が外表面に形成されたマウント部と、
該マウント部と前記振動腕部との間に位置するように両者に連設され、前記励振電極と前記マウント電極とを接続する引き出し電極が外表面に形成された中間部と、を有し、
前記中間部は、一方の前記振動腕部の外側側面と他方の前記振動腕部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、
前記マウント部は、前記中間部よりも幅広とされ、
前記マウント部の側面と前記中間部の側面とは、マウント部と中間部との段差部において、平面視した際に前記中心軸に対して傾斜する傾斜面を介して連設されていることを特徴とする圧電振動片。 - 前記マウント電極は、前記マウント部の主面及び側面を含む外表面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。
- 請求項1または2に記載の圧電振動片を、圧電材料からなるウエハを利用して一度に複数製造する方法であって、
前記ウエハを保護マスクでマスクした後、マスクされていない部分をエッチングし、前記振動腕部と前記基部とを有する圧電板の外形形状を複数形成する外形形成工程と、
複数の前記圧電板の外表面上に電極膜をパターニングして、前記励振電極、前記マウント電極及び前記引き出し電極を形成する電極形成工程と、
複数の前記圧電板を前記ウエハから切り離して小片化する切断工程と、を備え、
前記外形形成工程の際、前記保護マスクとして、前記中間部が一方の前記振動腕部の外側側面と他方の前記振動腕部の外側側面との間の間隔よりも幅広とされ、前記マウント部が前記中間部よりも幅広とされ、さらに前記傾斜面を介して前記マウント部と前記中間部とが連設された前記基部の外形形状に倣って予め外形が形成されたものを用いることを特徴とする圧電振動片の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
- 請求項4に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片を上面にマウントするベース基板と、
マウントされた前記圧電振動片をキャビティ内に収容した状態で前記ベース基板に接合されたリッド基板と、
前記ベース基板の下面に形成され、マウントされた前記圧電振動片の前記励振電極に対してそれぞれ電気的に接続された一対の外部電極と、を備えていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項4に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片を内部に収納するケースと、
環状に形成されて前記ケース内に圧入固定されるステムと、該ステムを貫通した状態で配置され、ステムを間に挟んで一端側が前記励振電極にそれぞれ電気的に接続されるインナーリードとされ、他端側が外部にそれぞれ電気的に接続されるアウターリードとされた2本のリード端子と、該リード端子と前記ステムとを固定させる充填材とを有し、前記ケース内を密閉させる気密端子と、を備えていることを特徴とする圧電振動子。 - 請求項4から6のいずれか1項に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
- 請求項4から6のいずれか1項に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
- 請求項4から6のいずれか1項に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。
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