JP2015109492A - 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電振動片に作用する応力の緩和を図りつつ、衝撃等を受けた場合であっても圧電振動片に振動が伝達されることを抑制し、圧電振動片の破損や周波数特性の変動等を防止して耐衝撃性が向上した信頼性の高い圧電デバイスを提供する。【解決手段】ベース110を貫通する2本のリード141、142と、圧電振動片130を保持しかつ圧電振動片130から延びるように形成され、リード141、142またはリード141、142に取り付けられる第1サポータ151、152の先端部151b、151bに支持される第2サポータ161、162と、を有する圧電デバイス100であって、第2サポータ161、162は、リード141、142または第1サポータ151、152に対して剛性が低い。【選択図】図1
Description
本発明は、圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。
携帯端末や携帯電話などにおいて水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイスが搭載されている。このような圧電デバイスとしては、ベースとカバーとからなるパッケージの内部に円板状の圧電振動片を収容し、この圧電振動片を2つのサポータにより側面側から挟み込んで保持する構成が知られている(例えば特許文献1参照)。
この圧電振動片には、2つのサポータから挟み込む力が作用しているため応力が作用しており、この状態で周波数特性等が調整される。従って、この圧電デバイスを長期間使用した場合や高温環境下で使用した場合などではサポータによる挟み込む力が弱くなり、圧電振動片に作用する応力が減少する。この応力の減少に伴い、圧電振動片の周波数特性が設計値から変化してしまう。そこで、このような周波数特性の変化を回避するために、サポータを板状にして剛性を低く設定し、サポータによって圧電振動片に作用する応力の緩和が図られている。
圧電振動片を挟む2つのサポータは、ベースを貫通する2本のリードに取り付けられるが。サポータの剛性が低いと、このサポータに保持される圧電振動片は、ベースに対して大きく振れてしまう。その結果、落下等により圧電デバイスに衝撃が加えられた場合、圧電振動片が大きく振られてカバーの内壁に衝突し、圧電振動片の周波数特性の変動を招くだけでなく、圧電振動片の破損や、圧電振動片がサポータから外れるおそれがある。
以上のような事情に鑑み、本発明では、圧電振動片に作用する応力の緩和を図りつつ、衝撃等を受けた場合であっても圧電振動片に振動が伝達するのを抑制し、圧電振動片の破損や周波数特性の変動等を防止して耐衝撃性が向上した圧電デバイス及びこのような圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明では、ベースを貫通する2本のリードと、圧電振動片を保持しかつ圧電振動片から延びるように形成され、リードまたはリードに取り付けられる第1サポータの先端部に支持される第2サポータと、を有する圧電デバイスであって、第2サポータは、リードまたは第1サポータに対して剛性が低い。
第2サポータは、圧電振動片の側面から延びるように形成されてもよい。また、第2サポータは、リードまたは第1サポータの先端部に形成された凹部に入り込んだ状態で支持されてもよい。また、第2サポータは、圧電振動片の中央部分から放射方向に延びるように配置されてもよい。また、第2サポータが延びる方向は、リードまたは第1サポータが延びる方向と直交するように配置されてもよい。また、圧電振動片を含んだ空間を覆うように、ベースに取り付けられるカバーを備えてもよい。
また、本発明は、2本のリードを、ベースを貫通させて配置する工程と、圧電振動片を保持しかつ圧電振動片の側面から延びる第2サポータを形成する工程と、リードまたはリードに取り付けられる第1サポータの先端部に第2サポータを載置する工程と、第2サポータを先端部に接着する工程と、を含み、第2サポータとしては、リードまたは第1サポータに対して剛性が低い素材が用いられる圧電デバイスの製造方法である。
また、本発明は、リードまたは第1サポータの先端部に凹部を形成する工程を含み、第2サポータは、凹部に入り込んだ状態で載置されてもよい。
本発明によれば、圧電振動片に作用する応力の緩和を図りつつ、衝撃等を受けた場合であっても圧電振動片に振動が伝達するのを抑制して、耐衝撃性が向上した信頼性の高い圧電デバイス及びこのような圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態を説明するため、図面においては一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、図面においてハッチングした部分は、断面、金属膜、及び導電性接着剤を表している。また、図1(b)、図1(c)、図4、及び図5では、導電性接着剤191、192は省略して表わしている。また、図1(c)、図4(a)〜(c)、及び図5においては、見やすくするために、第1サポータの一部を切り欠いて表わしている。
以下の各図において、XYZ座標系を用いて図中の方向を説明する。このXYZ座標系においては、SCカットの圧電振動片(水晶ブランク)130の結晶軸(x′軸、y″軸、z′軸)のうちx′軸に平行な方向をX方向とし、z´軸に平行な方向をZ方向とする。また、XZ平面に垂直な方向(圧電振動片130の厚さ方向)はY方向と表記する。X方向、Y方向及びZ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が+方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
<第1実施形態>
(圧電デバイス100の構成)
第1実施形態に係る圧電デバイス100の一例について図面を参照して説明する。図1に示すように、圧電デバイス100は、ベース110と、カバー120と、圧電振動片130と、リード141、142と、第1サポータ151、152と、第2サポータ161、162とを有している。なお、この圧電デバイス100は、圧電振動子である。ベース110及びカバー120は、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、42アロイ、コバールなどの金属製の板状の部材が用いられる。ベース110及びカバー120に、金属製の部材が採用されることにより、収容空間170に収容される圧電振動片130の周波数の安定性が維持されるという利点がある。なお、ベース110とカバー120とで別の素材が用いられてもよい。
(圧電デバイス100の構成)
第1実施形態に係る圧電デバイス100の一例について図面を参照して説明する。図1に示すように、圧電デバイス100は、ベース110と、カバー120と、圧電振動片130と、リード141、142と、第1サポータ151、152と、第2サポータ161、162とを有している。なお、この圧電デバイス100は、圧電振動子である。ベース110及びカバー120は、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、42アロイ、コバールなどの金属製の板状の部材が用いられる。ベース110及びカバー120に、金属製の部材が採用されることにより、収容空間170に収容される圧電振動片130の周波数の安定性が維持されるという利点がある。なお、ベース110とカバー120とで別の素材が用いられてもよい。
また、ベース110及びカバー120に、同一の材料が採用されることにより、ベース110及びカバー120の熱膨張係数が異なることを回避して、高温下での使用や、接合時の熱により生じる変形や割れ等を抑制することができる。また、ベース110及びカバー120は、金属製に代えて、例えば、安価かつ形成容易なセラミックス(アルミ化合物など)や、シリコン、ガラス、樹脂などが用いられてもよい。
ベース110は、X方向から見たとき、Z方向を長手方向としかつY方向を短手方向とした矩形状または長円状に形成される。ベース110は、平面部(+X側の面)111と、平面部111の周囲から−X方向に延びる筒状の胴部112と、胴部112の端部から外側に向けて突出する鍔部113と、を有している。鍔部113の+X側の面には、後述するカバー120の接合面123bに接合される接合面113aが形成される。なお、ベース110は、上記した構成に限定されず、例えば、X方向から見たときの形状が、円形あるいは四角以外の多角形などの形状であってもよい。
ベース110の平面部111には、ベース110を厚さ方向(X方向)に貫通する2つの貫通孔114、115が設けられている。貫通孔114、115は、それぞれリード141、142が挿通可能に形成されている。貫通孔114、115は、ベース110においてX方向に並んで設けられている。また、貫通孔114、115は、同一の形状となっている。なお、貫通孔114、115は、上記した構成に限定されず、例えば、貫通孔114、115は、互いに異なる形状でもよく、互いの間隔が図示のものより広くまたは狭くてもよい。
貫通孔114、115には、リード141、142が挿通された後、封止材171が充填される。これにより、貫通孔114、115はハーメチック封止される。このハーメチック封止により、リード141、142は、ベース110に固定される。封止材171としては、例えばガラス材や樹脂材などの非電導性の材料が用いられる。従って、ベース110に金属などの導電性材料が用いられた場合であっても、ベース110とリード141、142との電気的な接続が防止される。なお、貫通孔114、115をガラス材等でハーメチック封止するとともに、ベース110の内側を樹脂等で充填してもよい。
カバー120は、平面部(+X側の面)121と、平面部121の周囲から−X方向に延びる筒状の胴部122と、胴部122の端部から外側に向けて突出する鍔部123と、を有している。胴部122は、ベース110の胴部112が嵌入可能に形成される。鍔部123の−Z側の面は、ベース110の接合面113aに接合される接合面123aが形成される。接合面123aは、接合面113aに対向して配置される。なお、カバー120は、上記した構成に限定されず、ベース110と接合して収容空間170を形成する任意の形状が適用されてもよい。
ベース110の接合面113aとカバー120の接合面123aとは、シーム溶接やスポット溶接などの抵抗溶接により接合される。ベース110とカバー120とが接合されて形成される収容空間170は、後述する圧電振動片130が収容され、真空雰囲気あるいは窒素ガスなど、圧電振動片130に対して不活性な雰囲気に設定される。なお、ベース110とカバー120とは、溶接による接合に代えて、各種接合材が用いられて接合されてもよい。
圧電振動片130は、例えばSCカットの水晶ブランクが用いられる。SCカットは、水晶の結晶軸(電気軸:x軸、機械軸:y軸、光学軸:z軸)のうち、まずy軸に直交する平面を、x軸を中心にして約33°〜35°回転し、さらに、この平面をこの位置からz軸を中心にして約22°〜24°回転したときの方向から切り出すものである。SCカットの圧電振動片130は、新たな結晶軸(x′軸、y″軸、z′軸)が設定される。圧電振動片130としては、SCカットの水晶ブランクに限定されず、ATカットやBTカットなどの水晶片が用いられてもよい。また、水晶片に限定されず、タンタル酸リチウム(LiTaO3)やニオブ酸リチウム(LiNbO3)などが用いられてもよい。後述する他の実施形態に係る圧電振動片330等の構造についても同様である。
圧電振動片130は、円板状に形成される。また、圧電振動片130の+X側及び−X側のそれぞれの端部には、端部をXY平面に沿って切り欠いた切り欠き部130a、130bが設けられる。切り欠き部130a、130bは、圧電振動片130の結晶軸に対応して形成されており、位置合わせ等に用いられる。ただし、切り欠き部130a、130bを設けるか否かは任意である。なお、圧電振動片130は、円板状に代えて、長円、楕円、あるいは多角形状に形成されてもよい。また、圧電振動片130の中央部は、周辺部に対して肉厚の厚いメサ部が形成されてもよい。後述する他の実施形態に係る切り欠き部330a等についても同様である。
圧電振動片130の中央部の−Y側の表面には、励振電極133aが形成されている。また、圧電振動片130の中央部の+Y側の表面には、励振電極133bが形成されている。励振電極133a、133bは、それぞれ同一の円形状に形成され、Y方向から見て、重なる領域に形成されている。これら励振電極133aと励振電極133bとの間に所定の電圧が印加されることにより、圧電振動片130は、所定の振動数で振動する。なお、励振電極133a、133bは、Y方向から見た場合の領域が重ならないように形成されてもよい。
圧電振動片130の−Y側の表面には、励振電極133aから+Z方向に帯状に引き出され、+X側の側面まで形成された引出電極134aが設けられている。また、圧電振動片130の+Y側の表面には、励振電極133bから−X方向に帯状に引き出され、−Z側の側面まで形成された引出電極134bが設けられている。引出電極134a、134bは、Z方向において互いに反対方向に向けて延びるように形成される。引出電極134a、134bは、圧電振動片130の側面まで引き出されてもよい(図1(c)参照)。
励振電極133a、133b及び引出電極134a、134bは、導電性を有する金属膜である。励振電極133a等の金属膜は、例えば、圧電振動片130である水晶材との密着性を確保するための下地膜としてクロム(Cr)や、チタン(Ti)、ニッケル、あるいはニッケルクロム(NiCr)や、ニッケルチタン(NiTi)、ニッケルタングステン(NiW)合金を成膜し、その上に導電膜として金(Au)や銀を成膜した積層構造が採用される。なお、励振電極133a、133b及び引出電極134a、134bは、上記した構成に限定されず、例えば、それぞれの電極の膜構成は異なってもよい。なお、励振電極133a、133b及び引出電極134a、134bの構成については、後述する他の実施形態についても同様である。
圧電振動片130は、収容空間170において、後述する第2サポータ161、162により支持され、圧電振動片130の+Z側及び−Z側の端部は、第2サポータ161、162に接続されている。なお、圧電振動片130は、励振電極133a等を形成した平面がXZ平面と平行となるように、ベース110に対して立てた状態で配置される。ただし、図示の配置に限定されず、圧電振動片130はXZ面に対して傾けて配置されてもよい。
圧電振動片130の引出電極134a、134bは、導電性接着剤181、182を介して第2サポータ161、162に接合される。これにより、励振電極133a、133bと第2サポータ161、162とのそれぞれ電気的な接続が確保される。なお、圧電振動片130は、+Z側及び−Z側の端部を保持されることに限定されず、他の部分が保持されてもよい。この場合、圧電振動片130の引出電極134a、134bは、第2サポータ161、162に対応して引き出される。
リード141、142は、それぞれベース110の貫通孔114、115をX方向に貫通するようにX方向に沿って配置され、封止材171によりベース110に支持される。封止材171としては、例えばガラス材や樹脂等が用いられる。リード141、142は、例えば、銅(Cu)、鉄とニッケルの合金、コバール、ステンレス鋼などの導電性の金属材料が使用される。リード141、142は、直線状に形成されかつ同一の円形断面を有する棒状または線状の部材である。また、リード141、142の断面の形状は、円形状に代えて、長円形状、楕円形状、多角形状であってもよい。なお、リード141、142の一方または双方は、X方向に対して傾斜して配置されてもよい。また、リード141、142は、同一の長さ及び断面形状であることに限定されず、異なってもよい。なお、このようなリード141、142の構成は、他の実施形態についても同様である。
リード141、142のうち、ベース110の平面部111から+X方向に延びた部分(インナーリード)の先端部141a、142aには、それぞれ第1サポータ151、152が取り付けられている。また、リード141、142のベース110から−X方向に延びた部分(アウターリード)は、基板等に電気的に接続するための外部端子として用いられる。
第1サポータ151は、接続部151aが先端部141aの+Z側の側面に抵抗溶接等により接合される。第1サポータ152は、接続部152aが先端部142aの−Z側の側面に抵抗溶接等により接合される。これにより、リード141、142と第1サポータ151、152とはそれぞれ電気的に接続される。なお、リード141、142と第1サポータ151、152との接合は、抵抗溶接に代えて、例えば、導電性接着剤等が用いられてもよい。
第1サポータ151、152は、矩形状の断面を有する棒状の部材である。第1サポータ151、152の厚さ(Z方向の長さ)及び幅(Y方向の長さ)は同一に設定される。第1サポータ151、152は、X方向に沿って配置されている。なお、第1サポータ151、152は、このように配置されることに限定されず、例えばX方向に対して傾斜して配置されてもよい。
第1サポータ151、152としては、導電性を有する材料が用いられ、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)とニッケルの合金、コバール、ステンレス鋼などの金属材料が用いられる。なお、第1サポータ151、152は、金属材料に代えて、導電性物の樹脂などが用いられてもよい。また、第1サポータ151、152の断面形状も、矩形状に代えて円形状、楕円形状、長円形状なででもよい。なお、第1サポータ151等の配置や、素材、断面形状については、他の実施形態についても同様である。
第1サポータ151、152の先端部(+X側の部分)151b、152bには、凹部151c、152cが設けられている。凹部151b、151cは、後述する第2サポータ161、162が入り込むことが可能にZ方向に沿って形成される。凹部151c、152cは、先端部151b、152bの端面をU字形状に削除した溝状に形成される。なお、凹部151c、152cは、U字状の溝に代えて、例えばV字状やコの字状の溝などであってもよい。なお、凹部151c、152cは、第1サポータ151、152に形成されなくてもよい。
第2サポータ161、162は、導電性を有し、かつ断面が円形状の棒状の部材である。ただし、第2サポータ161、162の断面の形状は、多角形状、楕円形状、長円形状、コの字やL字やH字の形状などであってもよく、板状部材などであってもよい。第2サポータ161、162としては、例えば、銅、洋白、リン青銅などの軟質かつ導電性を有する素材から形成される。これにより、第2サポータ161、162は、第1サポータ151、152に対して剛性が低く形成される。なお、第2サポータ161、162は、第1サポータ151、152と同様の素材から形成されてもよい。また、第2サポータ161、162の一部に、剛性を低下させるための加工を施してもよい。剛性を低下させる加工としては、例えば一部を折り曲げることや、小径化すること等が適用されてもよい。なお、第2サポータ161、162は、リード141、142リード141、142に対しても剛性が低く形成される。
第2サポータ161、162は、圧電振動片130の中央部分からの放射方向であるZ方向に延びるように形成されており、それぞれ圧電振動片130の+Z側及び−Z側の側面からZ方向に沿って形成されている。また、第2サポータ161、162は、第1サポータ151、152が延びる方向(X方向)と直交するように配置されている。なお、第2サポータ161、162は、圧電振動片130の側面から延びることに限定されず、例えば、圧電振動片130の平面部分からZ方向に延びるように形成されてもよく、圧電振動片130の中央部分からの放射方向に沿って形成されなくてもよい。また、第2サポータ161、162の配置は、第1サポータ151、152が延びる方向と直交しなくてもよい。なお、第2サポータ161等の配置や、素材、断面形状については、他の実施形態についても同様である。
第2サポータ161、162は、それぞれ圧電振動片130の切り欠き部130a、130bの表面に導電性接着剤181、182を介して接合されている。これにより、第2サポータ161、162は、第1サポータ151、152とそれぞれ電気的及び機械的に接続される。第2サポータ161、162における切り欠き部130a、130bとの接合面は、X方向に長い長円形状に形成されており、他の部分の断面に対して広く形成されている。これにより、第2サポータ161、162と圧電振動片130とが強く接合される。
導電性接着剤181、182としては、例えば、エポキシ系、シリコン系、ポリイミド系、あるいはウレタン系などの接着剤が用いられる。なお、導電性接着剤181、182に、シリコン系などの軟質系の接着剤が用いられた場合、圧電振動片130に作用する応力及び落下等の衝撃の一部は、導電性接着剤181、182に吸収させることができる。
第2サポータ161、162は、それぞれ、凹部151c、152cに入り込んだ状態で、第1サポータ151、152に支持される。凹部151c、152cと第2サポータ161、162との間には、導電性接着剤191、192が塗布される。導電性接着剤191、192により、第1サポータ151、152と第2サポータ161、162とが接合され、かつ両者間が電気的に接続される。導電性接着剤191、192としては、導電性接着剤181、182と同一の導電性接着剤が用いられるが、異なる接着剤が用いられてもよい。また、接合は、導電性接着剤が用いられることに代えて抵抗溶接などにより行われてもよい。
また、凹部151c等は、第1サポータ151、152の+X側の端面に形成されることに限定されず、例えば、第1サポータ151、152の+Y側または−Y側の側面に設けられてもよい。この場合、第2サポータは凹部151c、152cに対してY方向から入り込む。
リード141、142や、第1サポータ151、152、第2サポータ161、162は、それぞれ互いに同一の形状となっており、また、それぞれ圧電振動片130の中心を含むXY平面に対して対称に配置されている。なお、リード141、142や、第1サポータ151、152、第2サポータ161、162は、それぞれ互いに異なる形状であってもよい。
このように、圧電デバイス100によれば、第2サポータ161、162は、第1サポータ151、152に対して、剛性が低く形成されることにより、圧電デバイス100が衝撃を受けた場合、剛性が低い第2サポータ161、162が変形することにより圧電振動片130に振動が伝達されるのを抑制し、圧電振動片130の破損や周波数特性の変動等を防止して、耐衝撃性を向上させることができる。
また、第2サポータ161、162は、圧電振動片130の側面から延びるように形成されるので、圧電振動片130の保持と振動の伝達抑制とを確実に行うことができる。また、第2サポータ161、162は、凹部151c、152cに入り込んだ状態で支持されるので、第1サポータ151等との接続を強固にすることができる。また、第2サポータ161、162は、圧電振動片130の中央部分から放射方向に延びるように配置されるので、圧電振動片130をバランス良く保持することができる。
また、第2サポータ161、162は、第1サポータ151等が延びる方向と直交するので、凹部151c、152cに対して確実に入り込み、第1サポータ151等との接続を確実にすることができる。また、圧電デバイス100は、カバー120を備えることにより、圧電振動片130の破損を防止でき、圧電振動片130を含んだ空間を気密封止して圧電振動片130の振動特性を安定させることができる。
なお、圧電デバイス100において、第1サポータ151、152は設けられなくてもよい。第1サポータ151、152が設けられない場合、凹部151c、152cは、リード141、142の先端部141a、142aに形成されてもよい。以下の変形例及び他の実施形態についても同様である。
(圧電デバイス100の製造方法)
次に、圧電デバイス100の製造方法の一例について図面を参照して説明する。
図2に示すように、先ず、ベース110が形成される(ステップS01)。ベース110は、例えば導電性金属材料を用いて、鋳造や板状部材の機械的加工などにより形成される。次に、リード141、142をベース110の貫通孔114、115に貫通させて配置する(ステップS02)。リード141、142は、例えば金属製の棒状部材または線材が所定の長さに切断されて用意される。貫通孔114、115にリード141、142が配置された状態で封止材171が充填される。これにより、貫通孔114、115はハーメチック封止されるとともに、リード141、142はベース110に固定される。
次に、圧電デバイス100の製造方法の一例について図面を参照して説明する。
図2に示すように、先ず、ベース110が形成される(ステップS01)。ベース110は、例えば導電性金属材料を用いて、鋳造や板状部材の機械的加工などにより形成される。次に、リード141、142をベース110の貫通孔114、115に貫通させて配置する(ステップS02)。リード141、142は、例えば金属製の棒状部材または線材が所定の長さに切断されて用意される。貫通孔114、115にリード141、142が配置された状態で封止材171が充填される。これにより、貫通孔114、115はハーメチック封止されるとともに、リード141、142はベース110に固定される。
続いて、第1サポータ151、152に凹部151c、152cが形成される(ステップS03)。第1サポータ151、152は、例えば棒状の金属部材が所定の長さに切断されて形成され、その先端部151a、152aに凹部151c、152cが形成される。凹部151c、152cの形成は、例えばエンドミルを用いた機械的加工や、エッチングなどにより行われる。続いて、第1サポータ151、152をリード141、142に接合する(ステップS04)。第1サポータ151、152の接続部151a、152aと、リード141、142の先端部141a、142aとが、抵抗溶接や導電性接着剤等により接合される。
また、上記したステップS01〜S04の工程と並行して、圧電振動片130が形成される(ステップS11)。圧電振動片130は、例えば、水晶結晶体からSCカットにより水晶ブランクが形成され、所定の振動数で振動するように中央部の厚さが調整される。また、+Z側及び−Z側の端部には、それぞれ切り欠き部130a、130bが形成される。また、圧電振動片130の両面には、それぞれ励振電極133a、133b及び引出電極134a、134bが、例えば、メタルマスクを介したスパッタ蒸着あるいは真空蒸着により所定の金属膜を成膜して形成される。なお、金属膜の成膜は、フォトリソグラフィー及びエッチング、スクリーン印刷等の印刷手法、メッキなどの手法が使用されてもよい。以上の工程により、圧電振動片130が形成される。
続いて、第2サポータ161、162が形成される(ステップS12)。第2サポータ161、162は、例えば鋳造や、線材のプレス加工等により形成される。次に、圧電振動片130に第2サポータ161、162が接着される。切り欠き部130a、130bの表面と第2サポータ161、162の端面との間に導電性接着剤181、182が塗布され、第2サポータ161等が圧電振動片130に取り付けられる。
また、上記したステップS01〜S04、S11、12の工程と並行して、カバー120を形成する(ステップS21)。カバー120は、ベース110と同様に、鋳造やプレス等の機械的加工などにより形成される。
続いて、第2サポータ161、162を凹部151c、152cに載置する(ステップS05)。図3は、第2サポータ161、162を凹部151c、152cに載置した状態を示し、図3(a)はY方向、図3(b)はZ方向から見た図である。図3に示すように、第2サポータ161、162が凹部151c、152cに載置される。なお、凹部151c、152cのY方向の長さは、第2サポータ161、162の外径(Y方向の長さ)より大きく設定されている。これにより、第2サポータ161等を容易に凹部151c等に入れることができる。このステップS05においては、第2サポータ161、162から圧電振動片130を挟み込むような力は作用していない。
続いて、第2サポータ161、162と凹部151c、152cとが接着される(ステップS06)。凹部151c、152cと第2サポータ161、162との間に導電接着剤191、192が塗布され、第2サポータ161、162は、第1サポータ151、152に保持されるとともに、電気的に接続される。
続いて、カバー120が接合される(ステップS07)。例えば真空雰囲気下において、ベース110の胴部112がカバー120の胴部122に嵌め込まれ、ベース110の接合面113aと、カバー120の接合面123bとが抵抗溶接される。これにより、ベース110とカバー120とが接合されて、真空雰囲気の収容空間170が形成される。なお、抵抗溶接に代えて、レーザ等による接合や、各種接合材が用いられてもよい。また、収容空間170は、真空雰囲気に代えて、窒素ガスなど圧電振動片130に対して不活性ガスの雰囲気に設定されてもよい。以上の工程により、圧電デバイス100が完成する。
なお、圧電デバイス100の製造方法は、上記した方法に限定されない。例えば、ステップS03の工程(第1サポータ151等に凹部151c等を形成)は、ステップS04(第1サポータ151等をリード141等に接合)の後であってもよい。
このように、圧電デバイス100の製造方法によれば、圧電振動片130から延びる第2サポータ161を第1サポータ151等に載置した後に両者を接着するので、圧電振動片130に対して挟み込む力が作用せず、圧電振動片130に応力を生じさせない。また、第2サポータ161を第1サポータ151等に載置することにより、圧電振動片130を容易に配置でき、生産性を向上できる。また、第1サポータ151等に凹部151c等が形成されることにより、第2サポータ161等が凹部151c等に入り込むことで、第2サポータ161、162を容易かつ確実に第サポータ151等に載置させることができる。
(変形例)
圧電デバイス100の変形例について、図4を用いて説明する。
図4(a)〜(c)は、それぞれ第1〜第3変形例に係る圧電デバイス100a〜100cの要部を示す平面図である。第1〜第3変形例に係る圧電デバイスは、上記した圧電デバイス100とは第1サポータ153等の形状のみが異なっている。よって、第1サポータ153等の形状以外の構成については説明を省略する。
圧電デバイス100の変形例について、図4を用いて説明する。
図4(a)〜(c)は、それぞれ第1〜第3変形例に係る圧電デバイス100a〜100cの要部を示す平面図である。第1〜第3変形例に係る圧電デバイスは、上記した圧電デバイス100とは第1サポータ153等の形状のみが異なっている。よって、第1サポータ153等の形状以外の構成については説明を省略する。
図4(a)に示すように、第1変形例に係る第1サポータ153、154は、YZ平面に沿った断面は円形状に形成されており、Y方向及びZ方向のいずれの方向においても剛性を備える形状となっている。従って、第1サポータ153、154の剛性を容易に確保することができる。
図4(b)に示すように、第2変形例に係る第1サポータ155、156は、YZ平面に沿った断面はY方向を長手方向としかつZ方向を短手方向とする長方形に形成された板状となっている。よって、第1サポータ155、156は、よりコンパクトかつ軽量であってかつY方向に対して剛性を備える形状となっている。従って、Z方向に衝撃を受けた場合この第1サポータ155も撓んで衝撃を吸収するため、第2サポータ161と併せて圧電振動片130に伝達する振動を一層抑制できる。
図4(c)に示すように、第3変形例に係る第1サポータ157、158は、第1サポータ157、158のYZ平面に沿った断面はコの字状に形成されている。よって、第1サポータ157、158は、Y方向及びZ方向に対して剛性を備えかつ軽量な構成となっている。従って、軽量化を図りつつ第1サポータ157、158の剛性を容易に確保できる。また、断面がコの字状であるのでリード141等を覆うように溶接部分を確保でき、両者間の接合強度を向上できる。なお、第1サポータ157、158のYZ断面は、コの字形状に限定されず、例えばL字状やH字状であってもよい。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る圧電デバイス200の一例について説明する。以下の説明において、第1実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図5に示すように、圧電デバイス200は、第1サポータ251、252及び第2サポータ261、262が使用される。なお、図5では、要部のみを示しており、圧電デバイス200の他の構成については、第1実施形態に示す圧電デバイス100と同一の構成が適用される。なお、この圧電デバイス200は圧電振動子である。
次に、第2実施形態に係る圧電デバイス200の一例について説明する。以下の説明において、第1実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図5に示すように、圧電デバイス200は、第1サポータ251、252及び第2サポータ261、262が使用される。なお、図5では、要部のみを示しており、圧電デバイス200の他の構成については、第1実施形態に示す圧電デバイス100と同一の構成が適用される。なお、この圧電デバイス200は圧電振動子である。
第1サポータ251、252は、凹部251c、252cを有している。凹部251c、252cは、それぞれY方向に沿って形成され、後述する第2サポータ251、261が入り込むように形成されている。
第2サポータ261、262は、それぞれ圧電振動片130の+Z側及び−Z側の端面に導電性接着剤181、182を介して接合されている。第2サポータ261は、圧電振動片130の+Z側の端部から+Z方向に延び、屈曲部261bにおいて直角方向に折り曲げられ、−Y方向に延びるように形成されている。また、第2サポータ262は、圧電振動片130の−Z側の端部から−Z方向に延び、屈曲部262bにおいて直角方向に折り曲げられ、+Y方向に延びるように形成されている。なお、屈曲部261b、262bは、直角以外の形状に形成されてもよい。
第2サポータ261、262は、それぞれ、凹部251c、252cに入り込んだ状態で、第1サポータ251、252に支持される。第2サポータ261、262は、第1サポータ251、252に対して剛性が小さく形成される。
この圧電デバイス200によれば、剛性が低い第2サポータ261、262が用いられるため、上記した圧電デバイス100と同様の効果を有する。また、圧電デバイス200に対してZ方向あるいはY方向に衝撃が加わった場合、屈曲部261b、262bの変形が加わるので、圧電振動片130に振動が伝達されるのをより一層抑制することができる。なお、圧電デバイス200の製造方法については、上記した圧電デバイス100の製造方法とほぼ同様である。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る圧電デバイス300の一例について説明する。以下の説明において、第1実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図6に示すように、圧電デバイス300は、圧電振動片330、第1サポータ351、352、第2サポータ361、362が使用される。なお、この圧電デバイス300は圧電振動子である。
次に、第3実施形態に係る圧電デバイス300の一例について説明する。以下の説明において、第1実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図6に示すように、圧電デバイス300は、圧電振動片330、第1サポータ351、352、第2サポータ361、362が使用される。なお、この圧電デバイス300は圧電振動子である。
圧電振動片330は、切り欠き部330a、330bが形成される。この切り欠き部330a、330bは、例えば、圧電振動片130の中心から+X方向に90度開いた放射方向にそれぞれ形成される。ただし両者間の角度は90度以外であってもよい。切り欠き部330a、330bは、それぞれ導電性接着剤381、382を介して第2サポータ361、362が取り付けられる。なお、圧電振動片130の引出電極334a、334bは、切り欠き部330a、330bに向けてそれぞれ引き出されている。
第1サポータ351、352は、接続部351a、352aがリード141、142の先端部141a、142aに接合されている。第1サポータ351、352は、上記した第1サポータ151、152とほぼ同様の構成であるが、第1サポータ151等に比べてX方向の長さが長く形成される。
第2サポータ361は、圧電振動片330の中央部分から放射方向に沿って、圧電振動片330の側面から+Xかつ+Z方向に延び、屈曲部361bにおいて+Z方向に折り曲げられ、+Z方向に延びるように形成されている。また、第2サポータ362は、圧電振動片330の中央部分から放射方向に沿って、圧電振動片330の側面から+Xかつ−Z方向に延び、圧電振動片330の屈曲部361b、362bにおいて−Z方向に折り曲げられて、−Z方向に延びるように形成されている。第2サポータ361、362は、第1サポータ351、352に対して剛性が小さく形成されている。
第2サポータ361、362は、それぞれ第1サポータ351、352の+X側の先端部に形成された不図示の凹部に入り込んだ状態で、第1サポータ351、352に載置され、導電性接着剤391、392により接合される。なお、上記した導電性接着剤381、382や、導電性接着剤391、392は、第1実施形態の導電性接着剤181、182や導電性接着剤191、192と同様の接着剤が用いられる。
この圧電デバイス300によれば、剛性が低い第2サポータ361、362が用いられるため、上記した圧電デバイス100と同様の効果を有する。また、第1サポータ351、352に第2サポータ361、362を載置した際、圧電振動片330をぶら下げた状態とするので、圧電振動片130がZ方向を軸として回転するのを抑制できる。
<第4実施形態>
次に、第4実施形態に係る圧電デバイス400の一例について説明する。図7に示すように、圧電デバイス400は、ベース410と、不図示のカバーと、圧電振動片430と、2本のリード441、442と、4つの第1サポータ451〜454と、4つの第2サポータ461〜464とが使用される。この圧電デバイス400は圧電振動子である。なお、図7では、ベース410は簡略化して示しており、不図示のカバーとの接合部として鍔部等が設けられてもよい。
次に、第4実施形態に係る圧電デバイス400の一例について説明する。図7に示すように、圧電デバイス400は、ベース410と、不図示のカバーと、圧電振動片430と、2本のリード441、442と、4つの第1サポータ451〜454と、4つの第2サポータ461〜464とが使用される。この圧電デバイス400は圧電振動子である。なお、図7では、ベース410は簡略化して示しており、不図示のカバーとの接合部として鍔部等が設けられてもよい。
ベース410は、図7に示すように、厚さ方向(Y方向)に貫通する2つの貫通孔414、415が設けられている。貫通孔414、415には、リード441、442が挿通された後、不図示の封止材が充填されハーメチック封止される。このハーメチック封止により、リード441、442は、ベース410に固定される。封止材としては、例えば上記した封止材171と同様のものが使用される。
圧電振動片430は、円板状に形成され、X側及びZ側の両側面に、それぞれYZ平面及びXY平面に沿って切り欠いた切り欠き部430a〜430dが設けられる。切り欠き部430a〜430dは、圧電振動片430の中心に対する放射方向に90度間隔で形成される。ただし、90度間隔に限定されず、また等間隔であることに限定されない。切り欠き部430a〜430dのそれぞれには、不図示の導電性接着剤を介して第2サポータ461〜464が取り付けられる。この圧電振動片430は、第2サポータ461〜464に支持されることにより、XZ平面と平行となるように、ベース410に対して対向した状態で配置される。ただし、圧電振動片430は、XZ平面に対して傾けて配置されてもよい。
圧電振動片430は、+Y側の面に励振電極433a及び励振電極433aから+Z方向に引き出された引出電極434aが形成される。また、−Y側の面には、励振電極433b及び励振電極433bから−Z方向に引き出された引出電極434bが形成される。これら引出電極434a、434bは、圧電振動片430の側面まで引き出される。また、これら引出電極434a、434bは、不図示の導電性接着剤を介して第2サポータ461、462に接続される。導電性接着剤としては、例えば上記した導電性接着剤181、182が用いられる。
第1サポータ451、452は、リード441、442の先端部(インナーリード)441a、441bにそれぞれ抵抗溶接、導電性接着剤等により接合される。これにより、リード441、442と第1サポータ451、452とはそれぞれ電気的に接続される。 一方、第1サポータ453、454は、例えば溶接、接着剤等によりベース410の+Y側表面に接合される。これら第1サポータ451〜454は、+Y方向に沿って延びるように形成されている。なお、第1サポータ453、454は、第1サポータ451、452とほぼ同様の構成を有するが、異なってもよい。また、第1サポータ453、454は、非導電性の材料で形成されてもよい。第1サポータ451〜454の+Y側の先端部分には、凹部451c〜454cが形成されている。ただし、凹部451c〜454cは、形成されなくてもよい。
第2サポータ461〜464は、上記した第2サポータ161等と同様の構成となっている。また、第2サポータ461〜464は、第1サポータ451〜454に対して剛性が低く形成される。第2サポータ461〜464は、圧電振動片430の中央部分から放射方向に延びるように形成される。第2サポータ461、462は、Z方向に沿って形成され、第2サポータ463、464は、X方向に沿って形成される。なお、第2サポータ463、464は、第2サポータ461、462とほぼ同様の構成を有するが、異なってもよい。また、第2サポータ463、464は、非導電性の材料で形成されてもよい。
第2サポータ461〜464は、それぞれ凹部451c〜454cに入り込んだ状態で、第1サポータ451〜454に支持される。凹部451c〜454cと第2サポータ461〜464との間には、不図示の導電性接着剤が塗布される。導電性接着剤により、第1サポータ451〜454と第2サポータ461〜464とが接合され、第1サポータ451、452と第2サポータ461、462との間が電気的に接続される。導電性接着剤としては、例えば導電性接着剤191、192と同一の導電性接着剤が用いられる。なお、凹部453c、454cと第2サポータ463、464との間には、非導電性接着剤が用いられてもよい。
この圧電デバイス400によれば、剛性が低い第2サポータ461等が用いられるので、上記した圧電デバイス100等と同様の効果を有する。また、圧電デバイス400は4つの第1サポータ451等を有するため、上記した圧電デバイス100等に比べて、圧電振動片430の支持をより安定させることができる。また、圧電振動片430がベース410と平行に配置されるため、圧電デバイス400を低背化させることができる。なお、圧電デバイス400の製造方法は、第1サポータ451〜454に第2サポータ461〜464に載置される点を含めて、上記した圧電デバイス100の製造方法とほぼ同様である。
また、第1サポータ451、452と453、454とで形状や材質を異ならせてもよい。また、第2サポータ461、462と463、464とで形状や材質を異ならせてもよい。また、第1サポータ453、454及び第2サポータ463、464のいずれか一方または双方は形成されなくてもよい。また、第1サポータ451等や第2サポータ461等が、合計で5本以上形成されてもよい。
以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記した変形例及び各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、第1実施形態と第2実施形態を組み合わせたものでもよい。
また、上記した第1〜第3実施形態及び変形例では、圧電振動片130等がそれぞれ2本の第1サポータ151等、第2サポータ161等により保持されているが、3本以上で支持されてもよい。この場合、電気的な接続が不要な第1サポータ及び第2サポータは、非導電性材料で形成されてもよい。
また、上記した各実施形態は、圧電デバイス100等として圧電振動子を示しているが、これに限定されず、例えば発振器であってもよい。発振器の場合、例えば、ベース110の平面部111の+X側または−X側、あるいはベース410の+Y側または−Y側にICが搭載され、リード141等と電気的に接続されてもよい。また、ICは、例えばカバー120に搭載されてもよい。
100、200、300、400…圧電デバイス
110、410…ベース
120…カバー
130、330、430…圧電振動片
141、142、441、442…リード
141a、142a、441a、442a…先端部
151、152、251、252、351、352、451、452、453、454…第1サポータ
151b、152b、451b、452b…先端部
151c、152c、251c、252c、351c、352c、451c、452c453c、454c…凹部
161、162、261、262、361、362、461、462、463、464…第2サポータ
110、410…ベース
120…カバー
130、330、430…圧電振動片
141、142、441、442…リード
141a、142a、441a、442a…先端部
151、152、251、252、351、352、451、452、453、454…第1サポータ
151b、152b、451b、452b…先端部
151c、152c、251c、252c、351c、352c、451c、452c453c、454c…凹部
161、162、261、262、361、362、461、462、463、464…第2サポータ
Claims (8)
- ベースを貫通する2本のリードと、圧電振動片を保持しかつ前記圧電振動片から延びるように形成され、前記リードまたは前記リードに取り付けられる第1サポータの先端部に支持される第2サポータと、を有する圧電デバイスであって、
前記第2サポータは、前記リードまたは前記第1サポータに対して剛性が低い圧電デバイス。 - 前記第2サポータは、前記圧電振動片の側面から延びるように形成される請求項1記載の圧電デバイス。
- 前記第2サポータは、前記リードまたは前記第1サポータの先端部に形成された凹部に入り込んだ状態で支持される請求項1または請求項2記載の圧電デバイス。
- 前記第2サポータは、前記圧電振動片の中央部分から放射方向に延びるように配置される請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の圧電デバイス。
- 前記第2サポータが延びる方向は、前記リードまたは前記第1サポータが延びる方向と直交するように配置される請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の圧電デバイス。
- 前記圧電振動片を含んだ空間を覆うように、前記ベースに取り付けられるカバーを備える請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の圧電デバイス。
- 2本のリードを、ベースを貫通させて配置する工程と、
圧電振動片を保持しかつ前記圧電振動片の側面から延びる第2サポータを形成する工程と、
前記リードまたは前記リードに取り付けられる第1サポータの先端部に前記第2サポータを載置する工程と、
前記第2サポータを前記先端部に接着する工程と、を含み、
前記第2サポータとしては、前記リードまたは前記第1サポータに対して剛性が低い素材が用いられる圧電デバイスの製造方法。 - 前記リードまたは前記第1サポータの前記先端部に凹部を形成する工程を含み、
前記第2サポータは、前記凹部に入り込んだ状態で載置される請求項7記載の圧電デバイスの製造方法。
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JP2013250027A Pending JP2015109492A (ja) | 2013-12-03 | 2013-12-03 | 圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2015109492A (ja) |
-
2013
- 2013-12-03 JP JP2013250027A patent/JP2015109492A/ja active Pending
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