JP2018050211A - Piezoelectric vibration element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイスなどの電子部品に使用される圧電振動素子に関し、詳しくは中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibration element used for an electronic component such as a piezoelectric device, and more particularly to a piezoelectric vibration element having a piezoelectric base plate that becomes thinner from a central part to a peripheral part.
クリスタルインピーダンスを低下させるため、圧電素板の形状を中央部から周縁部に行くにつれて薄くした圧電振動素子が知られている(例えば特許文献1、2参照)。その種の圧電振動素子の一例を関連技術1として説明する。 In order to reduce the crystal impedance, a piezoelectric vibration element is known in which the shape of the piezoelectric element plate is reduced from the central part to the peripheral part (see, for example, Patent Documents 1 and 2). An example of this type of piezoelectric vibration element will be described as Related Art 1.
図3は関連技術1の圧電振動素子を示し、図3[A]は平面図、図3[B]は図3[A]におけるIIIb−IIIb線断面図、図3[C]は図3[A]におけるIIIc−IIIc線断面図、図3[D]は背面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。 3 shows a piezoelectric vibration element according to Related Technique 1, FIG. 3 [A] is a plan view, FIG. 3 [B] is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb in FIG. 3 [A], and FIG. A sectional view taken along line IIIc-IIIc in FIG. 3A, and FIG. 3D is a rear view. Hereinafter, description will be given based on these drawings.
圧電振動素子70は、表裏関係にある第一主面81及び第二主面82を有する四角形状の圧電素板80と、圧電素板80に電圧を印加する励振電極911,912と、外部に電気的に接続する外部接続電極921,922と、励振電極911と外部接続電極921とを電気的に接続する引き出し電極と931と、励振電極912と外部接続電極922とを電気的に接続する引き出し電極932と、を備えている。そして、圧電素板80は、中央部83から周縁部841〜844に行くにつれて厚みtが薄くなる加工(ベベル加工)が施されている。これに伴い、圧電素板80の四隅は丸みを帯びている。圧電素板80をこのような形状にすると、圧電素板80の中央部83に振動エネルギが閉じ込められるので、クリスタルインピーダンスを低下させることができる。
The
引き出し電極931は、励振電極911と外部接続電極921とを直線状に繋いでいる。つまり、引き出し電極931が圧電素板80の長手方向に延び、外部接続電極921が圧電素板80の短手方向に延びているので、引き出し電極931と外部接続電極921との繋ぎ目941付近が直角になっている。そして、その繋ぎ目941付近では、圧電素板80の外形が円弧状になっているため、引き出し電極931の幅が狭くなってしまい、引き出し電極931の断線や剥がれが生じるおそれがあった。引き出し電極932についても、繋ぎ目942付近で、引き出し電極932の断線や剥がれが生じるおそれがあった。
The
そこで、本発明の目的は、中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子において、引き出し電極の断線や剥がれを防ぐことにより、その歩留まりや信頼性を向上させることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to improve yield and reliability of a piezoelectric vibration element having a piezoelectric element plate that becomes thinner from the central part to the peripheral part by preventing disconnection and peeling of the extraction electrode. .
本発明に係る圧電振動素子は、
中央部から周縁部に行くにつれて厚みが薄くなる四角形状の圧電素板と、
前記中央部に設けられるとともに前記圧電素板に電圧を印加する励振電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに外部に電気的に接続する外部接続電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに前記励振電極と前記外部接続電極とを電気的に接続する引き出し電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記引き出し電極は前記中央部側の内側線と前記周縁部側の外側線とによって挟まれた形状であり、
前記内側線は前記中央部側から前記周縁部側へ凸となる曲線である、
ことを特徴とする。
The piezoelectric vibration element according to the present invention is
A rectangular piezoelectric element whose thickness decreases as it goes from the central part to the peripheral part,
An excitation electrode provided at the center and applying a voltage to the piezoelectric element plate;
An external connection electrode provided on the peripheral edge side and electrically connected to the outside;
An extraction electrode provided on the peripheral edge side and electrically connecting the excitation electrode and the external connection electrode;
A piezoelectric vibration element comprising:
The extraction electrode has a shape sandwiched between an inner line on the central side and an outer line on the peripheral side.
The inner line is a curve that protrudes from the central part side to the peripheral part side,
It is characterized by that.
本発明によれば、中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子において、励振電極と外部接続電極とを接続する引き出し電極が中央部側から周縁部側へ凸となる曲線状になることにより、引き出し電極と外部接続電極との繋ぎ目付近において引き出し電極の幅が狭くなることを抑えられるので、引き出し電極の断線や剥がれを防ぐことができる。 According to the present invention, in the piezoelectric vibration element having the piezoelectric element plate that becomes thinner from the central part to the peripheral part, the lead electrode for connecting the excitation electrode and the external connection electrode protrudes from the central part side to the peripheral part side. By being curved, it is possible to prevent the width of the extraction electrode from being reduced in the vicinity of the joint between the extraction electrode and the external connection electrode, so that disconnection and peeling of the extraction electrode can be prevented.
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, the same reference numerals are used for substantially the same components. The shapes depicted in the drawings are drawn so as to be easily understood by those skilled in the art, and thus do not necessarily match the actual dimensions and ratios.
図1は実施形態1の圧電振動素子を示し、図1[A]は平面図、図1[B]は図1[A]におけるIb−Ib線断面図、図1[C]は図1[A]におけるIc−Ic線断面図、図1[D]は背面図である。図2[A]は図1[A]の部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。 1A and 1B show a piezoelectric vibration element of Embodiment 1, FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line Ib-Ib in FIG. 1A, and FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line Ic-Ic in FIG. FIG. 2A is a partially enlarged view of FIG. Hereinafter, description will be given based on these drawings.
図1に示すように、本実施形態1の圧電振動素子10は、中央部23から周縁部241〜244に行くにつれて厚みtが薄くなる四角形状の圧電素板20と、中央部23に設けられるとともに圧電素板20に電圧を印加する励振電極311,312と、周縁部241側に設けられるとともに外部に電気的に接続する外部接続電極321,322と、周縁部244側に設けられるとともに励振電極311と外部接続電極321とを電気的に接続する引き出し電極331と、周縁部242側に設けられるとともに励振電極312と外部接続電極322とを電気的に接続する引き出し電極332と、を備えている。圧電素板20は、表裏関係にある第一主面21及び第二主面22を有する。
As shown in FIG. 1, the
そして、図2[A]に示すように、引き出し電極331は中央部23側の内側線34と周縁部241,244側の外側線35とによって挟まれた形状であり、内側線34は中央部23側から周縁部241,244側へ凸となる曲線である。また、内側線34とともに外側線35も、中央部23側から周縁部241,244側へ凸となる曲線である、としてもよい。
As shown in FIG. 2A, the
圧電素板20は四角形の四つの頂点251〜254が円弧状であり、内側線34と外側線35と頂点251とが同心円弧である、としてもよい。この場合は、中心Oから頂点251までの半径をR1、中心Oから外側線35までの半径をR2、中心Oから内側線34までの半径をR3すると、R1>R2>R3となる。なお、頂点251〜254は、周縁部241〜244に含まれる、すなわち周縁部241〜244の一部である。
The
内側線34及び外側線35の曲線は、圧電素板20において同じ厚みtの箇所を結んだ線である、としてもよい。換言すると、引き出し電極331は、圧電素板20の第一主面21において同じ厚みtの箇所を結んだ曲線に合わせて形成してもよい。例えば、内側線34と外側線35と頂点251とが同心円弧である場合、内側線34及び外側線35の曲線は、圧電素板20において同じ厚みtの箇所を結んだ線になる。
The curves of the
以上、主に引き出し電極331について説明したが、引き出し電極332についても引き出し電極331と同様である。内側線34及び外側線35は、中央部23側から周縁部241,244側へ凸となる曲線であれば、円弧状以外にも楕円弧状、放物線状、双曲線状、二次曲線状など、どのような形状でもよい。ここでいう「曲線」は、数学的に言えば、尖点(頂点)を持たない「滑らかな曲線」をいうものとし、言い換えれば、曲線上の任意の点で微分可能な曲線すなわち「可微分曲線」をいうものとする。
The
次に、圧電振動素子10の構成について更に詳しく説明する。
Next, the configuration of the
本実施形態1の圧電振動素子10は、厚みすべり水晶振動素子である。圧電素板20は、ATカット板の水晶片からなる短冊薄型形状である。より詳しく言えば、圧電素板20は、互いに直交する結晶軸X,Y,Zにおいて、XZ面をX軸を中心に35.25度(35度15分)だけ回転させた平面に沿って切り出されたものであり、X軸方向を長手方向(長さ方向)、Z’軸方向を短手方向(幅方向)、Y’軸方向を厚みt方向とする。
The
圧電素板20の寸法例は次のとおりである。長さが2.2mm、幅が1.5mm、中央部23の厚みtが0.21mm、半径R1が0.5mmである。このとき、主振動の周波数は8MHz(低周波帯)となる。
Examples of dimensions of the
圧電素板20の第一主面21及び第二主面22並びに頂点251〜254には、バレル加工の際に使用した加工容器の内面形状が転写されている。そのため、圧電素板20は、ほぼ平坦に形成された中央部23から各周縁部241〜244側に向かって徐々に厚みtが薄くなる形状に加工されている。
The inner surface shape of the processing container used in the barrel processing is transferred to the first
励振電極311、外部接続電極321及び引き出し電極331と、励振電極312、外部接続電極322及び引き出し電極332とは、互いに電気的に絶縁されている。励振電極311は第一主面21に設けられ、第一主面21において引き出し電極331によって外部接続電極321に接続されている。外部接続電極321は、第一主面21から頂点251を跨いで第二主面22まで延びている。励振電極312は第二主面22に設けられ、第二主面22において引き出し電極332によって外部接続電極322に接続されている。外部接続電極322は、第二主面22から頂点252を跨いで第一主面21まで延びている。励振電極311と励振電極312とは、どちらも同じ面積の四角形からなり、圧電素板20を厚みt方向に挟んで向き合っている。換言すると、励振電極311,312は中央部23に設けられ、外部接続電極321,322は頂点251,252側に設けられ、引き出し電極331,332は周縁部244,242側に設けられている。
The
励振電極311,312、外部接続電極321,322及び引き出し電極331,332の材質は、例えば下地のクロム(Cr)と表面の金(Au)との積層膜である。この積層膜は第一主面21及び第二主面22にスパッタや蒸着によって成膜され、フォトリソグラフィ及びエッチングによって各電極にパターニングされる。
The material of the
次に、図2[B]に基づき、圧電振動素子10を用いた圧電デバイス40について説明する。
Next, the
圧電デバイス40は、圧電振動素子10と、内面51に圧電振動素子10を搭載する素子搭載部材50と、素子搭載部材50とともに圧電振動素子10を封止する蓋部材60と、を備えた水晶振動子である。素子搭載部材50は、表裏関係にある内面51及び外面52を有し、内面51に圧電振動素子10を搭載する。蓋部材60は、圧電振動素子10を収容する凹部空間41を、素子搭載部材50とともに形成する。二つの素子用パッド53は、素子搭載部材50の内面51上に設けられ、二つの素子用パッド53にそれぞれ導電性接着剤54を介して電気的及び機械的に接続することにより、圧電振動素子10を片持ち梁状に固定する。つまり、圧電デバイス40は、圧電振動素子10が素子搭載部材50に搭載された状態で、素子搭載部材50と蓋部材60とがガラス封止材やろう材(どちらも図示せず)などによって接合され、圧電振動素子10が凹部空間41内に気密封止された構造を有する。以下に、更に詳しく説明する。
The
素子搭載部材50は、表裏の関係にある内面51及び外面52と、内面51側に設けられた凹部空間41及び二つの素子用パッド53と、外面52側に設けられた四つの外部接続端子57と、を有する。素子用パッド53と外部接続端子57とは電気的に導通している。また、素子搭載部材50は、例えば積層セラミックス及び金属枠などからなり、基板部55と枠部56とを有する。枠部56は、基板部55の内面51側の周縁に沿って環状に設けられている。換言すると、素子搭載部材50は、凹部空間41の底面となる内面51側に素子用パッド53が設けられ、内面51の反対側となる外面52側に外部接続端子57が設けられている。
The
素子用パッド53は、例えばタングステン等のメタライズに金メッキ等を施した導体からなり、圧電振動素子10の外部接続電極321,322に対向する位置に設けられ、導電性接着剤54によって外部接続電極321,322に電気的に接続される。外面52の四隅の突端面には、それぞれ外部接続端子57が設けられている。外部接続端子57には、例えば、周波数制御端子、接地端子、出力端子、電源電圧端子などがある。なお、素子用パッド53及び外部接続端子57は、図示しない内部配線によって相互にかつ電気的に接続されている。
The
導電性接着剤54は、例えば銀ペーストなどからなり、硬化前は流動性を有する。詳しく言えば、導電性接着剤54は、シリコーン樹脂等のバインダの中に導電フィラとして導電性粉末を含有するものである。
The
蓋部材60は、素子搭載部材50の枠部56上端に重ねられ、凹部空間41を密閉する。また、蓋部材60は、例えばコバール(Kovar)などの金属からなり、長方形の平板となっている。つまり、蓋部材60は、素子搭載部材50へ封止材などにより接合され、気密封止された凹部空間41を形成する。凹部空間41は、本実施形態1では素子搭載部材50側に形成しているが、蓋部材60側に形成してもよい。
The
次に、圧電振動素子10の作用及び効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
(1)本実施形態1において、引き出し電極331は中央部23側の内側線34と周縁部241,244側の外側線35とによって挟まれた形状であり、内側線34は中央部23側から周縁部241,244側へ凸となる曲線である。引き出し電極332についても同様である。したがって、本実施形態1によれば、中央部23から周縁部241〜244に行くにつれて薄くなる圧電素板20を有する圧電振動素子10において、励振電極311,312と外部接続電極321,322とを接続する引き出し電極331,332が中央部23側から周縁部241,242,244側へ凸となる曲線状になることにより、引き出し電極331,332と外部接続電極321,322との繋ぎ目付近において引き出し電極331,332の幅w(図2[A])が狭くなることを抑えられるので、引き出し電極331,332の断線や剥がれを防ぐことができる。ここで、引き出し電極331,332の幅wとは、内側線34と外側線35との間の距離、すなわち引き出し電極331,332を通る電流に直交する方向の引き出し電極331,332の寸法である。
(1) In the first embodiment, the
(2)内側線34とともに外側線35も、中央部23側から周縁部241,244側へ凸となる曲線である場合は、引き出し電極331,332の幅wが概ね一定になる。そのため、引き出し電極331,332の幅wが狭くなることだけではなく広くなることも抑えられるので、圧電振動素子10の周波数特性への影響も排除できる。その理由は、引き出し電極331,332の幅wが広くなると、圧電素板20に不要な電圧が印加されるからである。
(2) When both the
(3)圧電素板20の四つの頂点251〜254が円弧状であり、内側線34と外側線35と頂点251とが同心円弧である場合は、引き出し電極331,332の幅w(=R2−R3)が完全に一定になる。そのため、引き出し電極331,332の幅wが狭くなることだけではなく広くなることも確実に抑えられるので、圧電振動素子10の周波数特性への影響を完全に排除できる。
(3) When the four
(4)内側線34及び外側線35の曲線が圧電素板20において同じ厚みtの箇所を結んだ線である場合は、引き出し電極331,332の断線や剥がれをより防ぐことができる。このことは、本発明者が実験的に明らかにしたことであるが、その理由については次のように考えられる。引き出し電極331,332は、第一主面21及び第二主面22にスパッタや蒸着によって成膜され、フォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングされる。この成膜やパターニングは、平面では均一に行われても、引き出し電極331,332が形成される曲面や斜面では不均一になりやすい。つまり、圧電素板20の厚みtに応じて、電極膜の密着力が変化することになる。そのため、電極膜の側端の内側線及び外側線が異なる厚みtの箇所に縦断的に形成されると、密着力の弱い部分から断線や剥がれが発生しやすくなる。
(4) When the curve of the
本発明は、前述の水晶の他に、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子に利用可能である。 The present invention can be used for a piezoelectric vibration element using piezoelectric ceramics such as lithium niobate and lithium tantalate as a piezoelectric material in addition to the above-described quartz.
<実施形態1>
10 圧電振動素子
20 圧電素板
21 第一主面
22 第二主面
23 中央部
241,242,243,244 周縁部
251,252,253,254 頂点
311,312 励振電極
321,322 外部接続電極
331,332 引き出し電極
34 内側線
35 外側線
40 圧電デバイス
41 凹部空間
50 素子搭載部材
51 内面
52 外面
53 素子用パッド
54 導電性接着剤
55 基板部
56 枠部
57 外部接続端子
60 蓋部材
O 中心
R1,R2,R3 半径
t 厚み
w 幅
<関連技術1>
70 圧電振動素子
80 圧電素板
81 第一主面
82 第二主面
83 中央部
841,842,843,844 周縁部
911,912 励振電極
921,922 外部接続電極
931,932 引き出し電極
941,942 繋ぎ目
<Embodiment 1>
DESCRIPTION OF
70
Claims (4)
前記中央部に設けられるとともに前記圧電素板に電圧を印加する励振電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに外部に電気的に接続する外部接続電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに前記励振電極と前記外部接続電極とを電気的に接続する引き出し電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記引き出し電極は前記中央部側の内側線と前記周縁部側の外側線とによって挟まれた形状であり、
前記内側線は前記中央部側から前記周縁部側へ凸となる曲線である、
ことを特徴とする圧電振動素子。 A rectangular piezoelectric element whose thickness decreases as it goes from the central part to the peripheral part,
An excitation electrode provided at the center and applying a voltage to the piezoelectric element plate;
An external connection electrode provided on the peripheral edge side and electrically connected to the outside;
An extraction electrode provided on the peripheral edge side and electrically connecting the excitation electrode and the external connection electrode;
A piezoelectric vibration element comprising:
The extraction electrode has a shape sandwiched between an inner line on the central side and an outer line on the peripheral side.
The inner line is a curve that protrudes from the central part side to the peripheral part side,
The piezoelectric vibration element characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の圧電振動素子。 The outer line as well as the inner line is a curve that protrudes from the central part side to the peripheral part side,
The piezoelectric vibration element according to claim 1.
請求項2記載の圧電振動素子。 The piezoelectric element plate has an arc shape at the four vertices of the square, and the inner line, the outer line, and the vertices are concentric arcs.
The piezoelectric vibration element according to claim 2.
請求項1乃至3のいずれか一つに記載の圧電振動素子。 The curve is a line connecting the same thickness portions in the piezoelectric element plate,
The piezoelectric vibration element as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
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