JP2018110350A - Piezoelectric vibration piece and piezoelectric vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片および圧電振動子に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator.
従来より、ATカット水晶基板より形成される圧電振動片は、圧電板と、圧電板の表裏面にそれぞれ形成された励振電極と、を備えている。圧電振動片は、励振電極間に電圧が印加されることで、厚みすべり振動する。また、圧電振動片は、圧電板の端部に位置するマウント領域において、実装部材(例えば、導電性接着剤等)を介してパッケージに実装される。励振電極は圧電板に形成されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a piezoelectric vibrating piece formed from an AT-cut quartz substrate includes a piezoelectric plate and excitation electrodes formed on the front and back surfaces of the piezoelectric plate. The piezoelectric vibrating reed vibrates in thickness by being applied with a voltage between the excitation electrodes. In addition, the piezoelectric vibrating piece is mounted on the package via a mounting member (for example, a conductive adhesive) in a mount region located at the end of the piezoelectric plate. The excitation electrode is formed on a piezoelectric plate (see, for example, Patent Document 1).
しかし、励振電極による圧電板への応力が時間の経過とともに変化し、応力の影響で周波数や温度特性のドリフトを引き起こすことが考えられる。特に、励振電極がニ層以上の膜構造の場合、経時変化による励振電極の応力変化が比較的大きくなる。このため、励振電極(すなわち、金属膜)の経時変化による応力の影響を抑えることができる技術の実用化が望まれていた。 However, it is conceivable that the stress applied to the piezoelectric plate by the excitation electrode changes with the passage of time, and that the frequency and temperature characteristics drift due to the stress. In particular, when the excitation electrode has a film structure of two or more layers, the stress change of the excitation electrode due to a change with time is relatively large. For this reason, there has been a demand for practical application of a technique capable of suppressing the influence of stress due to the change with time of the excitation electrode (that is, the metal film).
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、経時変化により金属膜に生じる応力変化を緩和できる圧電振動片および圧電振動子を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator that can relieve a change in stress generated in a metal film due to a change with time.
上記の課題を解決するために本発明の一態様に係る圧電振動片は、ATカット水晶基板により形成された圧電板と、前記圧電板の厚さ方向で対向する第1面と第2面とに形成された応力緩和層と、前記応力緩和層に形成された金属膜と、を備える、ことを特徴とする圧電振動片。 In order to solve the above problems, a piezoelectric vibrating piece according to an aspect of the present invention includes a piezoelectric plate formed of an AT-cut quartz crystal substrate, a first surface and a second surface that face each other in the thickness direction of the piezoelectric plate. A piezoelectric vibrating piece, comprising: a stress relaxation layer formed on the metal layer; and a metal film formed on the stress relaxation layer.
この構成によれば、圧電板の第1面と第2面とに応力緩和層を形成し、応力緩和層に金属膜を形成した。よって、経時変化により金属膜に生じる応力変化を、圧電板に伝える前に応力緩和層で緩和できる。これにより、金属膜から圧電板に伝わる応力を抑制して、圧電板の周波数や温度特性を安定させることができる。 According to this configuration, the stress relaxation layer is formed on the first surface and the second surface of the piezoelectric plate, and the metal film is formed on the stress relaxation layer. Therefore, the stress change generated in the metal film due to the change over time can be relaxed by the stress relaxation layer before being transmitted to the piezoelectric plate. Thereby, the stress transmitted from the metal film to the piezoelectric plate can be suppressed, and the frequency and temperature characteristics of the piezoelectric plate can be stabilized.
上記態様において、前記金属膜は励振電極であってもよい。
この構成によれば、圧電板のうち、励振電極を形成する部位に伝わる応力を抑制できる。これにより、圧電板の周波数や温度特性を特に安定させることができる。
In the above aspect, the metal film may be an excitation electrode.
According to this structure, the stress transmitted to the site | part which forms an excitation electrode among piezoelectric plates can be suppressed. Thereby, the frequency and temperature characteristics of the piezoelectric plate can be particularly stabilized.
上記態様において、前記厚さ方向から見た平面視において、前記圧電板は、前記ATカット水晶基板のZ´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されていてもよい。 In the above aspect, the piezoelectric plate may be formed in a rectangular shape having a longitudinal direction in the Z′-axis direction of the AT-cut quartz crystal substrate in a plan view as viewed from the thickness direction.
この構成によれば、ATカット水晶基板はX軸とZ´軸で構成される。このような構成のもと、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ´軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷の偏りであり、X軸では正弦波状、Z´軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ´軸を長辺とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、クリスタルインピーダンス(以下、CI値という)は一層低くなる。これにより、Z´軸を長辺とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。特に、圧電板を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。 According to this configuration, the AT-cut quartz substrate is configured by the X axis and the Z ′ axis. Under such a configuration, when the AT-cut quartz substrate is undergoing thickness shear vibration, electric polarization occurs in the X axis and the Z ′ axis. Electric polarization is a charge bias, which is sinusoidal on the X axis and linear on the Z ′ axis. By setting the long side to the Z ′ axis where the electric polarization is linear, the side where the strongest charge is generated can be lengthened. The crystal impedance (hereinafter referred to as the CI value) becomes even lower when the region where the strong charge is generated becomes wider. Accordingly, it is possible to maintain a lower CI value by setting the Z ′ axis as a long side. In particular, a low CI value can be maintained even when the piezoelectric plate is downsized.
上記態様において、前記圧電板から前記厚さ方向に対して直交する方向に突出した突出部を備えてもよい。 The said aspect WHEREIN: You may provide the protrusion part which protruded in the direction orthogonal to the said thickness direction from the said piezoelectric plate.
圧電板から突出部を厚さ方向に直交する方向に突出させた。この突出部を実装部材に付着させてマウント領域とすることができる。これにより、実装部材を圧電板から離すことができ、優れた振動特性を得ることができる。
ところで、ATカット水晶基板の主振動モードである厚みすべり振動は、X軸方向に大きく変位する振動である。この構成によれば、一対の突出部が圧電板の変位が大きいX軸方向に直交するZ´軸方向に沿って配置することにより、実装部材を介してパッケージに対して固定された突出部は、圧電板のX軸方向の変位を妨げない。これにより、突出部において不要振動が発生することを抑制できる。したがって、より優れた振動特性を得ることができる。
The protrusion was protruded from the piezoelectric plate in a direction perpendicular to the thickness direction. This protrusion can be attached to the mounting member to form a mount region. Thereby, the mounting member can be separated from the piezoelectric plate, and excellent vibration characteristics can be obtained.
By the way, the thickness shear vibration, which is the main vibration mode of the AT-cut quartz substrate, is a vibration greatly displaced in the X-axis direction. According to this configuration, by arranging the pair of protrusions along the Z′-axis direction orthogonal to the X-axis direction where the displacement of the piezoelectric plate is large, the protrusions fixed to the package via the mounting member are The displacement of the piezoelectric plate in the X-axis direction is not hindered. Thereby, generation | occurrence | production of an unnecessary vibration can be suppressed in a protrusion part. Therefore, more excellent vibration characteristics can be obtained.
上記態様において、前記圧電板は、前記圧電板の厚さ方向に膨出するメサ部を有し、前記メサ部は、前記膨出するメサ部の頂部を形成する頂面を有し、前記頂面に前記応力緩和層が形成されてもよい。 In the above aspect, the piezoelectric plate has a mesa portion that bulges in the thickness direction of the piezoelectric plate, and the mesa portion has a top surface that forms a top portion of the bulging mesa portion, The stress relaxation layer may be formed on the surface.
この構成によれば、頂面に応力緩和層を形成することにより、経時変化により励振電極に生じる応力変化を応力緩和層で効率よく緩和できる。これにより、励振電極から圧電板に伝わる応力を効果的に抑制できる。 According to this configuration, by forming the stress relaxation layer on the top surface, a stress change generated in the excitation electrode due to a change with time can be efficiently relaxed by the stress relaxation layer. Thereby, the stress transmitted from the excitation electrode to the piezoelectric plate can be effectively suppressed.
上記態様において、前記メサ部は、前記メサ部の外周縁から前記頂面に向けて傾斜する傾斜面を有してもよい。 The said aspect WHEREIN: The said mesa part may have an inclined surface which inclines toward the said top surface from the outer periphery of the said mesa part.
この構成によれば、頂面と、突出部のうち頂面を向く面と、の間に傾斜面が形成される。よって、頂面と、突出部のうち頂面を向く面と、の間に90°の段差が形成される場合に比べて頂面と、突出部のうち頂面を向く面と、の間を緩やかな傾斜面で接続できる。
すなわち、頂面と傾斜面との境界部において不要振動が誘発されるのを抑制できる。これにより、CI値を低減させて振動特性を向上させることができる。
According to this configuration, the inclined surface is formed between the top surface and the surface of the protruding portion that faces the top surface. Therefore, compared with the case where a step of 90 ° is formed between the top surface and the surface facing the top surface of the projecting portion, the surface between the top surface and the surface facing the top surface of the projecting portion is formed. It can be connected with a gentle slope.
That is, unnecessary vibrations can be prevented from being induced at the boundary between the top surface and the inclined surface. Thereby, CI value can be reduced and a vibration characteristic can be improved.
上記態様において、前記応力緩和層は、アモルファス層でもよい。
この構成によれば、応力緩和層をアモルファス(非晶質)層で形成した。アモルファス層は、均質で等方性を備え、結晶が存在しないため、結晶粒界や格子欠陥のような弱い構造が存在しない。また、アモルファス層は励振に寄与しない。よって、金属層(すなわち、励振電極)の応力変化を効率よく緩和できる。これにより、金属層から圧電板に伝わる応力変化を効果的に抑制できる。
In the above aspect, the stress relaxation layer may be an amorphous layer.
According to this configuration, the stress relaxation layer is formed of an amorphous layer. The amorphous layer is homogeneous and isotropic and has no crystals, so there is no weak structure such as a grain boundary or lattice defect. In addition, the amorphous layer does not contribute to excitation. Therefore, the stress change of the metal layer (that is, the excitation electrode) can be efficiently relaxed. Thereby, the stress change transmitted from the metal layer to the piezoelectric plate can be effectively suppressed.
本発明に係る一態様の圧電振動子は、上記圧電振動片と、前記圧電振動片が実装されるパッケージと、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述した圧電振動片を備えているため、経時変化により金属膜に生じる応力変化を緩和できる圧電振動子を得ることができる。
A piezoelectric vibrator according to an aspect of the present invention includes the piezoelectric vibrating piece and a package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted.
According to this configuration, since the above-described piezoelectric vibrating piece is provided, it is possible to obtain a piezoelectric vibrator that can alleviate a change in stress generated in the metal film due to a change with time.
この発明の一態様によれば、圧電板に応力緩和層を形成し、応力緩和層に金属膜を形成した。よって、経時変化により金属膜に生じる応力変化を応力緩和層で緩和できる。これにより、金属膜から圧電板に伝わる応力を抑制して、圧電板の周波数や温度特性を安定させることができる。
すなわち、本発明に係る態様によれば、経時変化により金属膜に生じる応力変化を緩和できる圧電振動片および圧電振動子を提供することができる。
According to one aspect of the present invention, the stress relaxation layer is formed on the piezoelectric plate, and the metal film is formed on the stress relaxation layer. Therefore, a stress change generated in the metal film due to a change with time can be relaxed by the stress relaxation layer. Thereby, the stress transmitted from the metal film to the piezoelectric plate can be suppressed, and the frequency and temperature characteristics of the piezoelectric plate can be stabilized.
That is, according to the aspect of the present invention, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator that can alleviate a change in stress generated in a metal film due to a change with time.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
(圧電振動片)
図1は、第1実施形態に係る圧電振動片10の平面図である。図2は、第1実施形態に係る圧電振動子1の分解斜視図である。図3は、図2のIII−III線に相当する断面図である。
図1〜図3に示すように、圧電振動片10は、圧電板11と、応力緩和層18(第1応力緩和層18A,第2応力緩和層18B)と、励振電極51(第1励振電極51A,第2励振電極51B)と、マウント電極13A,13Bと、引き回し配線16A,16Bと、を備える。
[First Embodiment]
(Piezoelectric vibrating piece)
FIG. 1 is a plan view of a piezoelectric vibrating
As shown in FIGS. 1 to 3, the piezoelectric vibrating
圧電板11は、ATカット水晶基板により形成され、各励振電極51A,51Bによる印加電圧により、厚みすべりモードで振動する。
ここで、ATカットは、人工水晶の結晶軸である電気軸(X軸)、機械軸(Y軸)および光学軸(Z軸)の3つの結晶軸のうち、Z軸に対してX軸周りに35度15分だけ傾いた方向(Z´軸方向)に切り出す加工手法である。ATカットによって切り出された圧電板11を有する圧電振動片10は、周波数温度特性が安定しており、構造や形状が単純で加工が容易であり、CI値が低いという利点がある。
なお、以下の説明において、各図の構成を説明する際には、XY´Z´座標系を用いる。このXY´Z´座標系のうち、Y´軸はX軸およびZ´軸に直交する軸である。また、X軸方向、Y´軸方向およびZ´軸方向は、図中矢印方向を+方向とし、矢印とは反対の方向を−方向として説明する。
The
Here, the AT cut is a rotation around the X axis with respect to the Z axis among the three crystal axes of the electric axis (X axis), the mechanical axis (Y axis), and the optical axis (Z axis), which are crystal axes of artificial quartz. This is a processing method of cutting in a direction (Z′-axis direction) inclined by 35 degrees 15 minutes. The piezoelectric vibrating
In the following description, the XY′Z ′ coordinate system is used when describing the configuration of each figure. In this XY′Z ′ coordinate system, the Y ′ axis is an axis orthogonal to the X axis and the Z ′ axis. In the X-axis direction, the Y′-axis direction, and the Z′-axis direction, the arrow direction in the figure is defined as a + direction, and the direction opposite to the arrow is described as a − direction.
圧電板11は、Y´軸方向から見た平面視で、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。圧電板11は、厚さ方向がY´軸方向に沿って形成されている。圧電板11は、Y´軸方向+側に第1面11Aと、Y´軸方向−側に第2面11Bと、XZ´平面外側に第1面11Aと第2面11Bとを接続する外周端面11Cと、を有している。
第1面11Aおよび第2面11Bは、圧電板11の厚さ方向において対向する面である。
The
The
圧電板11の第1面11Aは、中央部に形成された第1メサ部20と、第1メサ部20の周囲を取り囲む辺縁面24と、を含む。また、圧電板11の第2面11Bは、中央部に形成された第2メサ部30と、第2メサ部30の周囲を取り囲む辺縁面34と、を含む。
なお、適宜に、Y´軸方向から見た平面視でメサ部20,30より外側の圧電板11の部分(具体的には、辺縁面24,辺縁面34,外周端面11Cを含む圧電板11の部分)を、辺縁部40と呼ぶ。
The
It should be noted that the portion of the
第1メサ部20は、第1面11Aの中央部において、Y´軸方向+側に膨出している。第1メサ部20は、第1メサ部20の頂部を形成する第1頂面21と、第1頂面21の周囲を取り囲む第1傾斜面22と、を有する。
The
第1傾斜面22は、第1頂面21と辺縁面24とを接続している。第1傾斜面22のうち、内周縁は第1頂面21の外周縁の各辺に連続して形成され、外周縁は辺縁面24の内周縁に連続して形成されている。第1傾斜面22は、第1メサ部20の外周縁(すなわち、第1傾斜面22の外周縁)20aから第1頂面21(中央)に向けてY´軸方向+側に傾斜されている。
The first
第2メサ部30は、第2面11Bの中央部において、Y´軸方向−側に膨出している。第2メサ部30は、第2メサ部30の頂部を形成する第2頂面31と、第2頂面31の周囲を取り囲む第2傾斜面32と、を有する。
第2傾斜面32は、第2頂面31と辺縁面34とを接続している。第2傾斜面32のうち、内周縁は第2頂面31の外周縁の各辺に連続して形成され、外周縁は辺縁面34の内周縁に連続して形成されている。第2傾斜面32は、第2メサ部30の外周縁(すなわち、第2傾斜面32の外周縁)30aから第2頂面31(中央)に向けてY´軸方向−側に傾斜されている。
The
The second inclined surface 32 connects the second top surface 31 and the
第1頂面21および第2頂面31に応力緩和層18が形成されている。具体的には、第1頂面21に第1応力緩和層18Aが形成されている。第2頂面31に第2応力緩和層18Bが形成されている。
第1応力緩和層18Aおよび第2応力緩和層18Bは、経時的な応力変化が抑えられた非金属材料である。具体的には、第1応力緩和層18Aおよび第2応力緩和層18Bとしてアモルファス層などが用いられる。アモルファス層の材質としては、例えば、SiO、SiN、Siなどが挙げられる。
The
The first
アモルファス層は、均質で等方性を備え、結晶が存在しないため、結晶粒界や格子欠陥のような弱い構造が存在しない。また、アモルファス層は励振に寄与しない。すなわち、第1応力緩和層18Aは、第1励振電極51Aの経時的な応力変化を緩和可能な層である。第2応力緩和層18Bは、第2励振電極51Bの経時的な応力変化を緩和可能な層である。
The amorphous layer is homogeneous and isotropic and has no crystals, so there is no weak structure such as a grain boundary or lattice defect. In addition, the amorphous layer does not contribute to excitation. That is, the first
第1応力緩和層18Aおよび第2応力緩和層18Bに励振電極51が形成されている。具体的には、第1応力緩和層18Aに第1励振電極51Aが形成されている。第2応力緩和層18Bに第2励振電極51Bが形成されている。
第1励振電極51Aは、第1応力緩和層18Aに積層される中央緩和層53と、中央緩和層53の外周縁に沿って形成された外周緩和層54とを有する金属膜である。外周緩和層54は、第1傾斜面22のうち第1頂面21に沿った部位に傾斜状に積層されている。
第1励振電極51Aは、Y´軸方向から見た平面視において、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。
The
The
第2励振電極51Bは、第2応力緩和層18Bに積層される中央緩和層56と、中央緩和層56の外周縁に沿って形成された外周緩和層57とを有する金属膜である。外周緩和層57は、第2傾斜面32のうち第2頂面31に沿った部位に傾斜状に積層されている。
第2励振電極51Bは、Y´軸方向から見た平面視において、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。
第1励振電極51Aと第2励振電極51Bとは、Y´軸方向から見た平面視において重なるように形成されている。
The
The
The
第1励振電極51Aおよび第2励振電極51Bは、中央緩和層53,56に加えて外周緩和層54,57を有する。よって、中央緩和層53,56のみに各励振電極が形成されている場合に比べて励振電極51A,51Bの面積を確保できる。その結果、CI値を低減して、振動特性を向上させることができる。
The
また、第1頂面21に第1応力緩和層18Aを形成することにより、第1頂面21と中央緩和層53との間に第1応力緩和層18Aを介在させることができる。よって、経時変化により第1励振電極51Aに生じる応力変化を、第1メサ部20に伝える前に第1応力緩和層18Aで効率よく緩和できる。すなわち、第1励振電極51Aから第1メサ部20に伝わる応力変化を効果的に抑制できる。
Further, by forming the first
第2頂面31に第2応力緩和層18Bを形成することにより、第2頂面31と中央緩和層56との間に第2応力緩和層18Bを介在させることができる。よって、経時変化により第2励振電極51Bに生じる応力変化を、第2メサ部30に伝える前に第2応力緩和層18Bで効率よく緩和できる。すなわち、第2励振電極51Bから第2メサ部30に伝わる応力変化を効果的に抑制できる。
このように、各励振電極51A,51Bからメサ部20,30に伝わる応力変化を効果的に抑制することにより、圧電板11の周波数や温度特性を安定させることができる。
By forming the second
As described above, the frequency and temperature characteristics of the
さらに、第1応力緩和層18Aおよび第2応力緩和層18Bは、応力緩和に優れたアモルファス層で形成されている。よって、第1励振電極51Aの応力を第1応力緩和層18Aで効率よく緩和できる。第2励振電極51Bの応力を第2応力緩和層18Bで効率よく緩和できる。これにより、第1励振電極51Aおよび第2励振電極51Bから圧電板11に伝わる応力を効果的に抑制できる。
Further, the first
なお、励振電極51A,51Bの平面視外形は、頂面21,31の平面視外形に合わせて、適宜変更可能である。
また、第1励振電極51Aは、第1面11Aにおいて、第1応力緩和層18Aに積層される中央緩和層53のみを有するだけでもよい。第2励振電極51Bは、第2面11Bにおいて、第2応力緩和層18Bに積層される中央緩和層56のみを有するだけでもよい。
第1励振電極51Aが第1応力緩和層18Aのみに積層され、第2励振電極51Bが第2応力緩和層18Bのみに積層されることにより、各励振電極51A,51Bから圧電板11に伝わる応力変化を一層効果的に緩和できる。
In addition, the planar view outline of the
Further, the
Since the
圧電板11は、辺縁部40のうちX軸方向+側であってZ´軸方向に離間した両端部に突出部(第1突出部12Aおよび第2突出部12B)をさらに有している。換言すれば、第1突出部12Aおよび第2突出部12Bは、圧電板11のZ´軸方向に並んで形成されている。
第1突出部12Aは、平面視で平行四辺形に形成されている。第1突出部12Aは、辺縁部40のうちX軸方向+側かつZ´軸方向+側の角部から、+X軸方向に向かうに従い+Z´軸方向に向かうようXZ´軸方向に延在している。
The
12 A of 1st protrusion parts are formed in the parallelogram by planar view. The first projecting
第1突出部12Aには、第1マウント電極13Aが形成されている。第1マウント電極13Aは、第1突出部12Aの表面全体(具体的には、第1面11A、第2面11Bおよび外周端面11C)に亘って形成されている。第1マウント電極13Aは、圧電板11の第1面11A上(第1突出部12AのY´軸方向+側の面上)において、引き回し配線16Aを介して圧電板11の第1頂面21に形成された第1励振電極51Aに接続されている。
A
第2突出部12Bは、平面視で平行四辺形に形成されている。第2突出部12Bは、辺縁部40のX軸方向+側かつZ´軸方向−側の角部から、+X軸方向に向かうに従い−Z´軸方向に向かうようXZ´軸方向に延在している。即ち、突出部12Bは、水晶結晶軸のZ´軸方向において、第1突出部12Aと離間している。
The
第2突出部12Bには、第2マウント電極13Bが形成されている。第2マウント電極13Bは、第2突出部12Bの表面全体(具体的には、第1面11A、第2面11Bおよび外周端面11C)に亘って形成されている。第2マウント電極13Bは、圧電板11の第2面11B上(第2突出部12BのY´軸方向−側の面上)において、引き回し配線16Bを介して圧電板11の第2頂面31に形成された第2励振電極51Bに接続されている。
なお、マウント電極13Bは、少なくとも第2面11B側(第2突出部12BのY´軸方向−側)の面に形成されていればよい。
A
The
マウント電極13A,13B、および引き回し配線16A,16Bは、金等の金属の単層膜や、クロム等の金属を下地層とし、金等の金属を上地層とした積層膜等で形成されている。
また、突出部12A,12BのY´軸方向の厚さは、辺縁部40の厚さと同等になっているが、同等以下であってもよい。
The
Moreover, although the thickness in the Y′-axis direction of the projecting
(圧電振動子)
次いで、圧電振動片10を備える圧電振動子1について説明する。
図2に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、パッケージ5のキャビティCの内部に圧電振動片10を収容したものである。パッケージ5は、ケース2とリッド3とを重ね合わせて形成されている。なお、ケース2にはセラミック、リッド3にはコバールやセラミックが多く使われる。両者は、例えば、シーム溶接、金すず接合、樹脂による接着などにより固定され、内部の中空部を減圧封止している。
(Piezoelectric vibrator)
Next, the piezoelectric vibrator 1 including the piezoelectric vibrating
As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrator 1 of the present embodiment is one in which a piezoelectric vibrating
ケース2は、平面視で矩形状に形成された底壁部2aと、底壁部2aの周縁部から+Y´軸方向に立設された側壁部2bと、を備えている。
側壁部2bは、底壁部2aの周縁部における全周に亘って形成されている。
底壁部2aのうち、Y´軸方向+側に位置する面(底壁部表面)には、一対の内部電極7が形成されている。一対の内部電極7は、Z´軸方向に離間して形成されている。また、底壁部2aのうち、Y´軸方向−側に位置する面(底壁部裏面)には、一対の外部電極(不図示)が形成されている。内部電極7および外部電極は、底壁部2aを厚さ方向に貫通する貫通電極(不図示)により電気的に接続されている。
なお、内部電極7と外部電極との接続形態はこれに限定されるものではなく、例えば、セラミックシートの面方向に延出する配線を介して、内部電極7と外部電極とを接続する形態であってもよい。
The case 2 includes a
The
A pair of
In addition, the connection form of the
リッド3は、平面視矩形の板状に形成されている。リッド3の周縁部は、ケース2の側壁部2bの端面に+Y´軸方向から接着される。
ケース2の底壁部2aおよび側壁部2bとリッド3とで囲まれた領域に、キャビティCが形成されている。
The lid 3 is formed in a plate shape having a rectangular shape in plan view. The peripheral edge of the lid 3 is bonded to the end surface of the
A cavity C is formed in a region surrounded by the
図3に示すように、キャビティCには、圧電振動片10が収容されている。
圧電振動片10は、導電ペースト等の実装部材9を介して、ケース2の底壁部2aに実装される。より具体的には、ケース2の底壁部2aに形成された一対の内部電極7に対して、圧電振動片10の対応するマウント電極13A,13B(突出部12A,12B)が第2面11B側から実装される。これにより、圧電振動片10は、パッケージ5に機械的に保持されると共に、マウント電極13A,13Bと内部電極7とがそれぞれ導通された状態となっている。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric vibrating
The piezoelectric vibrating
この構成によれば、パッケージ5に圧電振動片10を実装するためのマウント領域として、突出部12A,12Bを利用することで、振動領域(励振電極51A,51Bが形成されている部分)とマウント領域との間の間隔を確保できる。これにより、振動領域で発生する振動エネルギーがマウント領域を経て実装部材9やパッケージ5に伝播するのを抑制し、振動漏れを抑制できる。
According to this configuration, the projecting
圧電板11から一対の突出部12A,12Bを厚さ方向に直交する方向に突出し、一対の突出部12A,12Bを実装部材9に付着させてマウント領域とした。これにより、実装部材9を圧電板11から離すことができ、優れた振動特性を得ることができる。
また、圧電板11は、ATカット水晶基板により形成されている。ATカット水晶基板の主振動モードである厚みすべり振動は、X軸方向に大きく変位する振動である。この構成によれば、一対の突出部12A,12B(図2参照)が圧電板11の変位が大きいX軸方向に直交するZ´軸方向に沿って配置されている。よって、実装部材9を介してパッケージ5に対して固定された一対の突出部12A,12Bは、圧電板11のX軸方向の変位を妨げない。これにより、一対の突出部12A,12Bにおいて不要振動が発生することを抑制できる。したがって、より優れた振動特性を得ることができる。
A pair of
The
さらに、圧電板11と実装部材9との付着面積を確保できるので、実装部材9と圧電板11との接合強度を確保できる。
また、例えば、突出部12A,12Bの厚さをそれぞれ圧電板11における傾斜面22,32の外周縁(すなわち、メサ部20,30の外周縁20a,30a)での厚さ以下に形成することも可能である。これにより、振動領域から突出部12A,12Bに伝播する振動エネルギーを小さくできる。そのため、突出部12A,12Bの外周縁等で発生する不要振動を抑制できる。
その結果、小型化を図った上で、長期に亘って優れた振動特性を備える圧電振動片10を提供できる。
Furthermore, since the adhesion area between the
Further, for example, the thickness of the projecting
As a result, it is possible to provide the piezoelectric vibrating
さらに、突出部12A,12Bが傾斜面22,32の外周縁(メサ部20,30の外周縁20a,30a)から突出している。これにより、主な振動領域(圧電板11のうち励振電極51A,51Bが形成されている頂面21,31を含む部分)に実装部材9が付着するのを抑制できる。その結果、上述した振動漏れを抑制できるとともに、振動領域の振動が実装部材9によって阻害されるのを抑制でき、優れた振動特性を得ることができる。
Furthermore, the protruding
また、第1頂面21と、突出部12A,12Bのうち第1頂面21を向く面と、の間に第1傾斜面22が形成されている。よって、第1頂面21と、突出部12A,12Bのうち第1頂面21を向く面と、の間に90°の段差が形成される場合に比べて第1頂面21と、突出部12A,12Bのうち第1頂面21を向く面と、の間を緩やかに接続することができる。同様に、第2頂面31と、突出部12A,12Bのうち第2頂面31を向く面と、の間を緩やかに接続することができる。
これにより、頂面21,31と傾斜面22,32との境界部において不要振動が誘発されるのを抑制できる。その結果、CI値を低減して、振動特性を向上させることができる。
Moreover, the 1st inclined
Thereby, it can suppress that an unnecessary vibration is induced in the boundary part of the
さらに、第1実施形態では、Y´軸方向から見た平面視で、圧電板11は、ATカット水晶基板のZ´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている構成とした。
この構成によれば、圧電板11を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。
すなわち、ATカット水晶基板はX軸とZ´軸で構成される。このような構成のもと、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ´軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷の偏りであり、X軸では正弦波状、Z´軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ´軸を長辺とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、よりCI値は低くなる。したがって、Z´軸を長辺とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。特に、圧電板を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。
Further, in the first embodiment, the
According to this configuration, a low CI value can be maintained even when the
That is, the AT-cut quartz crystal substrate is composed of an X axis and a Z ′ axis. Under such a configuration, when the AT-cut quartz substrate is undergoing thickness shear vibration, electric polarization occurs in the X axis and the Z ′ axis. Electric polarization is a charge bias, which is sinusoidal on the X axis and linear on the Z ′ axis. By setting the long side to the Z ′ axis where the electric polarization is linear, the side where the strongest charge is generated can be lengthened. The CI value becomes lower as the region where the strong charge is generated becomes wider. Therefore, it is possible to maintain a lower CI value by setting the Z ′ axis as a long side. In particular, a low CI value can be maintained even when the piezoelectric plate is downsized.
また、第1実施形態では、一対の突出部12A,12Bは、圧電板11のうちATカット水晶基板のZ´軸方向に離間した両端部からそれぞれ圧電板11の面方向に突出している構成とした。
この構成によれば、突出部12A,12Bが圧電板11の長手方向に沿って配置されるため、より安定的にパッケージに圧電振動片10を実装できる。
さらに、突出部12A,12Bの平面視外形を平行四辺形状に形成したが、矩形状や台形状に形成してもよい。
In the first embodiment, the pair of
According to this configuration, since the projecting
Furthermore, although the planar view outer shape of the projecting
[第2実施形態]
次に、第2実施形態の圧電振動片100について説明する。
図4は、第2実施形態に係る圧電振動片100の断面図である。
図4に示すように、圧電振動片100は、ATカット水晶基板により圧電板101が形成されている。圧電板101には逆メサ部103,106が形成されている。具体的には、圧電振動片100は、圧電板101と、応力緩和層112(第1応力緩和層112A,第2応力緩和層112B)と、励振電極114(第1励振電極114A,第2励振電極114B)と、マウント電極と、引き回し配線と、を備える。マウント電極および引き回し配線は、圧電振動片100の構成の理解を容易にするために図示せず。
[Second Embodiment]
Next, the piezoelectric vibrating
FIG. 4 is a cross-sectional view of the piezoelectric vibrating
As shown in FIG. 4, the piezoelectric vibrating
圧電板101は、直方体であり、第1面101Aおよび第2面101Bの中央部には、それぞれ逆メサ部103,106が形成されている。具体的には、第1面101Aの中央部に第1逆メサ部103が凹状に形成されている。第2面101Bの中央部に第2逆メサ部106が凹状に形成されている。
第1面101Aおよび第2面101Bは、圧電板101の厚さ方向において対向する面である。
The
The
第1逆メサ部103は、中央に形成された底面104と、底面104の外周縁に沿って傾斜状に形成れた傾斜面105と有する。底面104は、第1面101Aに対して平行に形成されている。
底面104に第1応力緩和層112Aが形成されている。第1応力緩和層112Aに第1励振電極114Aが形成されている。すなわち、底面104と第1励振電極114Aとの間に第1応力緩和層112Aが介在されている。
The first
A first
第1励振電極114Aは金属膜である。第1応力緩和層112Aは、例えば、SiO、SiN、Siなどのアモルファスで形成された層である。よって、第1実施形態と同様に、経時変化により第1励振電極114Aに生じる応力変化を、第1逆メサ部103の底面104に伝える前に第1応力緩和層112Aで効率よく緩和できる。すなわち、第1励振電極114Aから底面104に伝わる応力変化を効果的に抑制できる。
The
第2逆メサ部106は、中央に形成された底面107と、底面107の外周縁に沿って傾斜状に形成れた傾斜面108と有する。底面107は、第2面101Bに対して平行で、かつ、第1逆メサ部103の底面104に対して形成されている。
底面107に第2応力緩和層112Bが形成されている。第2応力緩和層112Bに第2励振電極114Bが形成されている。すなわち、底面107と第2励振電極114Bとの間に第2応力緩和層112Bが介在されている。
The second
A second
第2励振電極114Bは金属膜である。第2応力緩和層112Bは、例えば、SiO、SiN、Siなどのアモルファスで形成された層である。よって、第1実施形態と同様に、経時変化により第2励振電極114Bに生じる応力変化を、第2逆メサ部106の底面107に伝える前に第2応力緩和層112Bで効率よく緩和できる。すなわち、第2励振電極114Bから底面107に伝わる応力変化を効果的に抑制できる。
The
このように、各励振電極115A,114Bから逆メサ部103,106に伝わる応力変化を効果的に抑制することにより、圧電板101の周波数や温度特性を安定させることができる。すなわち、第2実施形態に係る圧電振動片100も、第1実施形態に係る圧電振動片10と同様の作用、効果が得られる。
Thus, the frequency and temperature characteristics of the
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1………圧電振動子
5………パッケージ
9………実装部材
10,100…圧電振動片
11,101…圧電板
11A,101A…第1面
11B,101B…第2面
12A,12B…第1、第2の突出部(突出部)
18,112……応力緩和層
18A,112A…第1応力緩和層
18B,112B…第2応力緩和層
20,30…第1、第2のメサ部(メサ部)
20a,30a…第1、第2のメサ部の外周縁
21,31…第1、第2の頂面(頂面)
22,32…第1、第2の傾斜面(傾斜面)
51……励振電極(金属膜)
51A,51B…第1、第2の励振電極
103,106…第1、第2の逆メサ部(逆メサ部)
104,107…底面
105,108…傾斜面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......
18, 112...
20a, 30a ... outer peripheral edges of first and
22, 32 ... 1st, 2nd inclined surface (inclined surface)
51 …… Excitation electrode (metal film)
51A, 51B ... 1st,
104, 107 ... bottom 105, 108 ... inclined surface
Claims (8)
前記圧電板の厚さ方向で対向する第1面と第2面とに形成された応力緩和層と、
前記応力緩和層に形成された金属膜と、を備える、
ことを特徴とする圧電振動片。 A piezoelectric plate formed of an AT-cut quartz substrate;
A stress relaxation layer formed on the first surface and the second surface facing each other in the thickness direction of the piezoelectric plate;
A metal film formed on the stress relaxation layer,
A piezoelectric vibrating piece characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。 The metal film is an excitation electrode;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電振動片。 In a plan view seen from the thickness direction, the piezoelectric plate is formed in a rectangular shape with the Z′-axis direction of the AT-cut quartz crystal substrate as a longitudinal direction,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電振動片。 A projecting portion projecting from the piezoelectric plate in a direction perpendicular to the thickness direction;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein:
前記圧電板の厚さ方向に膨出するメサ部を有し、
前記メサ部は、
前記膨出するメサ部の頂部を形成する頂面を有し、
前記頂面に前記応力緩和層が形成されている、
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の圧電振動片。 The piezoelectric plate is
A mesa portion that bulges in the thickness direction of the piezoelectric plate;
The mesa part is
Having a top surface forming the top of the bulging mesa portion;
The stress relaxation layer is formed on the top surface;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein:
前記メサ部の外周縁から前記頂面に向けて傾斜する傾斜面を有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の圧電振動片。 The mesa part is
Having an inclined surface inclined from the outer peripheral edge of the mesa portion toward the top surface;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 5.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧電振動片。 The stress relaxation layer is an amorphous layer;
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein:
前記圧電振動片が実装されるパッケージと、を備える
ことを特徴とする圧電振動子。 The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 7,
And a package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted.
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