JP3978783B2 - Piezoelectric device, mobile phone device using piezoelectric device, and electronic equipment using piezoelectric device - Google Patents

Piezoelectric device, mobile phone device using piezoelectric device, and electronic equipment using piezoelectric device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電デバイスの改良、および改良された圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図7は、このような圧電デバイスの構成例を示す概略断面図である(特許文献1参照)。
図において、圧電デバイス1は、パッケージ2の内部に、圧電振動片3を収容している。パッケージ2はこの場合、絶縁材料を浅い箱状に形成したもので、内部に圧電振動片3を収容固定した後で、蓋体4により封止されるようになっている。
【0003】
パッケージ2は、セラミックのグリーンシートでなる複数の基板2a,2b,2cを成形して積層し、焼結することにより形成されており、基板2cの内側には、成形時に材料を除去して形成した孔を設けることにより、図示するように圧電振動片3を収容する空間S1を形成している。
【0004】
圧電振動片3は、例えば水晶をエッチングすることにより、一端を基部として、この基部から一方に平行に延びる一対の振動腕を備える所謂音叉型振動片で構成されており、表面には図示しない駆動用の励振電極が形成されている。
この圧電振動片3は、基部3aの箇所がパッケージ2の内部空間S1で、パッケージ側に接合されて、片持ち式に支持されている。
【0005】
具体的には、パッケージ2の基板2aの表面にパッケージ底面に設けた実装電極部(図示せず)と接続された電極部5が形成されており、この電極部5と圧電振動片3の基部3aが導電性接着剤6により接合されている。
さらに、この圧電デバイス1においては、パッケージ2の内側の圧電振動片3の先端部3bの直下の領域に、基板2bの対応領域の材料を除去することで凹部7を設けている。これにより、圧電デバイス1が外部からZ方向の衝撃を受けた場合に、圧電振動片3の先端部3bが矢印Dの方向に振れて、パッケージ2の内側底面に衝突して破損することを回避するようにされている。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−359535号
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成の圧電デバイス1には、いくつかの問題がある。すなわち、圧電振動片3をその一端部である基部3aの箇所で接合し、片持ち式に支持しているので、外部からZ方向の衝撃を受けた場合に、圧電振動片3の先端部3bのZ方向の変位量が大きい。このため、衝撃の際に圧電振動片3の先端3bの破損を防止するために、パッケージ2内に凹部7を設ける必要から、パッケージ2の全体の厚み方向の大きさhを小さくする上で制約があり、製品の低背化を図る上で不利である。
特に、圧電振動片3が導電性接着剤6を用いた片持ち支持構造であると、その接合の際に導電性接着剤6が硬化する過程で、導電性接着剤6の収縮により、圧電振動片3の先端部3bが下方を向くようにして、傾斜して固定される場合があり、このような点からも上述した凹部7を設ける必要性がより高くなる。
【0008】
また、圧電振動片3とパッケージ2との接合箇所である基部3aと圧電振動片3の先端部3bとの距離が大きいので、圧電デバイス1の外部からの衝撃の際に、曲げモーメントが大きくなり、基部3aにおける接合構造へのダメージが大きい。
【0009】
さらに、パッケージ2に対する接合部である基部3aと励振される振動部とが近い位置にあることから、圧電振動片3の振動側から基部3aに振動が漏れ込みやすく、パッケージ2側に振動が伝播してしまい、発振性能に悪影響を与えてしまう。
【0010】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、圧電デバイスの低背化に有利で、外部からの衝撃の際に圧電振動片の接合箇所への負担が少ないことから破損しにくく、発振周波数の変化を生じにくい圧電デバイス、およびこの圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第1の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスであって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、 前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがZ軸方向に変位する構成とした、圧電デバイスにより、達成される。
第1の発明の構成によれば、パッケージ内に収容される圧電振動片が、振動腕とは異なる固定用腕について、圧電振動片の重心の近傍の箇所にて、接合されるようにしたので、従来のように、端部で接合した片持ち式の支持構造と比べて、振動腕の曲げモーメントを接合箇所の両側に分散することができる。
このため、外部からの衝撃の際に、振動腕の先端の変位量を小さくすることができ、パッケージの内側へ衝突して破損することを有効に防止できる。また、振動腕と接合箇所が離れることで振動腕から接合箇所を介してパッケージ側への振動の漏れ込みを小さくすることができる。さらに、外部からの衝撃の際に接合箇所へ働く曲げモーメントを小さくすることができることから、パッケージと圧電振動片との接合箇所が破損することを有効に防止できる。
【0013】
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記複数の固定用腕は、前記複数の振動腕の両外側に配置される同じ長さの一対のアームであることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、1対のアームが互いに同一の形態となり、幅方向の中心を通る仮想の中心線に関して対称の構造となるので、各固定アームをパッケージと接合することで、複数の接合箇所をもつため接合構造が強化され、かつバランスよく固定することができる。
【0014】
第3の発明は、第2の発明の構成において、前記複数の固定用腕が、前記複数の振動腕よりも短く形成されていることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、接合に使用される固定用腕が極端に大きな重量増加を招くことがなく、長さ方向のサイズも拡大しないですむ。
【0015】
第4の発明は、第1ないし3の発明のいずれかの構成において、前記基部から、前記複数の振動腕と前記固定用腕とが同じ一方向に延びており、さらに前記基部から、前記一方向と反対の方向に延びるバランス部を備えていることを特徴とする。
第4の発明の構成によれば、前記振動腕の延びる方向と反対の方向に延びる前記バランス部を備えることで、前記重心の近傍の接合位置が、前記基部側に移動し、応力の分散のバランスをとりやすくなる。さらに、より振動腕の長さの短い圧電振動片においては、適正な位置で固定することが可能となる。すなわち、振動腕の短い圧電振動片では、バランス部がないと、重心位置が先端部側に寄ってしまうので、これをより基部側に寄せることで、好適なバランスを得ることができる。
【0016】
第5の発明は、第4の発明の構成において、前記バランス部は、前記基部に対して一体に結合された細幅のネック部と、このネック部より先端側で拡幅されたヘッド部とを備えていることを特徴とする。
第5の発明の構成によれば、前記ネック部を設けたことにより変形しやすい箇所を作ることで、前記バランス部は、前記接合箇所を挟んで、前記振動腕の撓み変形と対称的に変形しやすくなり、外部からの衝撃がより適切に分散されることで変位量をより小さくすることができる。
【0017】
第6の発明は、第1ないし5の発明のいずれかの構成において、前記圧電振動片の前記固定用腕が、前記パッケージの内側底面に設けた電極部に対して、金属バンプにより接合されていることを特徴とする。
第6の発明の構成によれば、金属バンプを利用して圧電振動片を接合することにより、圧電振動片を水平に保持する接合構造を実現でき、導通性能も確実となる。
【0018】
また、上述の目的は、第7の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがZ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【0019】
また、上述の目的は、第8の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがZ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のA−A線概略断面図である。
図において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス30は、基体であるパッケージ36内に圧電振動片32を収容している。パッケージ36は、上部が開口しており、蓋体39により封止されている。パッケージ36は、その少なくとも一部が、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。
【0021】
すなわち、この実施形態では、パッケージ36が第1の基板61と第2の基板62を順次積層して形成されており、第2の基板62の内側の材料を除去することで、内部空間S2のスペースを形成している。この内部空間S2が圧電振動片を収容するための収容空間である。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ36を形成して、圧電振動片32を収容するようにしているが、例えば、第1の基板61を基体として、これに圧電振動片32を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としたパッケージ(収容容器)を用いてもよい。
【0022】
図1及び図2において、基体であるパッケージ36の内部空間S2内の端部付近において、内部空間S2に露出して内側底部を構成する第1の基板61には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部31,31が設けられている。
この実施形態では、電極部31,31は、第1の基板61の幅方向の両端部付近で、長さ方向の中央付近に設けられている。
この電極部31,31は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。具体的には、例えば、第1の基板61の底面に実装電極部(図示せず)を形成し、この実装電極部と電極部31,31を、第1の基板61の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等で接続することができる。
【0023】
この各電極部31,31の上に金属バンプ43,43が予め配置され、その上から圧電振動片32を接合するようになっている。金属バンプ43としては、例えば金バンプが使用される。図1及び図2では、接合位置を明らかにするために、金属バンプ43の大きさを実際よりも大きく示している。
ここで、このような金属バンプ43,43の形成方法は、メッキ法やスタッドバンプ形成法が利用される。すなわち、メッキ法は電極部31上に金属バンプを形成するための金属材料としての金または金合金を形成した後でリフローし、半球状のバンプを形成する。あるいは蒸着やペースト印刷により形成してもよい。
【0024】
また、メッキ法に限らず、ボールバンプもしくはスタッドバンプにより形成してもよい。すなわち、金ワイヤをキャピラリから露出させた先端に、電気トーチや水素トーチ等で加熱溶融させてボールを形成する。そして、電極部31上に移動させて、熱併用超音波圧着して形成することができる。
圧電振動片32は、その後述する固定用腕を、金属バンプ43,43に圧接、あるいは加熱加圧、もしくは超音波併用加熱圧接することにより接合されている。
【0025】
圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
圧電振動片32は、基部51と、この基部51から図1において左方に平行に延びる一対の振動腕34,35を備えている。また、基部51は、X方向である幅方向に広がりを有する帯状の形態であり、上述した一対の振動腕34,35の各外側にひとつづつ設けられ、一対の振動腕34,35と同じ方向に互いに平行に延びる一対の固定用腕37,38を備えている。
すなわち、一対の振動腕34,35と固定用腕37,38は、基部51を基端として、基部51からY方向である同じ方向に延びるように一体に形成されており、この実施形態では、固定用腕37,38は互いに同じ長さで、振動腕34,35よりも短くなるようにされている。
これにより、圧電振動片32は、図1の圧電デバイス30の長さ方向に延びる仮想の中心線Cに関して、対称の形状とされている。
【0026】
図1において、基部51を挟んで、各振動腕34,35及び固定用腕37,38が形成されている側とは反対側に、バランス部42が一体に形成されている。バランス部42は、圧電振動片32の接合箇所を挟んで、長さ方向の両端部の変位に関する挙動のバランスを図るために設けられるものである。このバランス部42は、基部51から、図1において右方に位置し、幅寸法を小さくすることで形成された、切欠き部もしくは凹部であるネック部54と、ネック部54よりも先端側で、幅寸法を拡大して形成したヘッド部46とを備えている。
【0027】
また、圧電振動片32の少なくとも各振動腕34,35には、励振電極44,45が形成されている。励振電極44,45は、例えば、下地としてクロムをメッキし、その上に金をメッキすることにより形成されている。励振電極44,45は互いに異極となるように分極されており、励振電極44は、振動腕34の先端側の主面(表裏面)と両側面、及び振動腕35の基端側の主面、ならびに基部51を回り込んで、固定用腕37の主面に引き回されている。励振電極44が延長されて、固定用腕37の主面に引き回された部分は導出電極44aとされている。励振電極45は、振動腕35の先端側の主面(表裏面)と両側面、及び振動腕34の基端側の主面、ならびに基部51を回り込んで、固定用腕38の主面にに引き回されている。励振電極45が延長されて、固定用腕38の主面に引き回された部分は導出電極45aとされている。
【0028】
そして、振動腕34と振動腕35の間の股部53で、各振動腕34と振動腕35の内側側面の励振電極44と励振電極45とが分離されている。固定用腕37,38に引き回された各導出電極44a,45aは、接合用の電極として機能する。
これにより、外部からパッケージ36の電極部31,31を介して、励振電極44,45に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕34,35内で電界が適切に形成され、振動腕34,35の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動するようになっている。
【0029】
パッケージ36の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材48を介して蓋体39が接合されることにより、封止されている。蓋体39は、コバール等の金属で形成したり、透明なガラス材料で形成することができる。透明な材料を選択する場合には、パッケージ36に封止固定した後で、図2に示すように、外部からレーザ光LBを圧電振動片32の金属被覆部もしくは励振電極の一部(図示せず)に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うことができる。この場合、蓋体39としては、例えば、光を透過する材料,特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体39として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【0030】
次に、圧電振動片32の接合構造について説明する。
圧電振動片32は、従来のような片持ち支持構造ではなく、図1および図2に示すように、各固定用腕37,38をそれぞれパッケージ36側の電極部31,31に接合することにより接合固定されている。
具体的には、図1のパッケージ36の内側底面において、電極部31,31は、理想的には、接合される圧電振動片32を位置決めした際のこの圧電振動片32の重心GPから、幅方向であるX方向に延びる仮想の直線GP1上に形成され、その上に上述した金属バンプ43,43を設けて、圧電振動片32の各固定用腕37,38と接合するようにされている。
【0031】
あるいは、この接合箇所は、圧電振動片32の全長L1の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合してもよい。
また、この接合箇所は、圧電振動片32の各振動腕34,35の全長L2の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合することができ、もしくは、この接合箇所は、圧電振動片32の固定用腕37,38の全長L3の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合することができる。この場合、Z軸変位のバランスをシンメトリーに分散させるため、バランス部42の寸法の調整する。
尚、接合手段としては、金属バンプだでけでなく、接合状態において、圧電振動片32が水平状態からある程度の姿勢変化を許容する場合等においては、導電性接着剤を使用してもよい。この場合、従来と異なり、本実施形態の圧電振動片32は、片持ち支持構造ではないから、傾斜して接合されても、各振動腕34,35の先端部が、従来ほどパッケージ36の内側底面に接近することがない。
【0032】
本実施形態は以上のように構成されており、パッケージ36内に収容される圧電振動片32が、振動腕34,35とは異なる固定用腕37,38について、圧電振動片32の重心の近傍の箇所にて、接合されるようにしている。このため、接合箇所が圧電振動片32の重心GPの近傍に位置することになり、従来のように、端部で接合した片持ち式の支持構造と比べて、振動腕の曲げモーメントを接合箇所の両側に分散することができる。
すなわち、圧電デバイス30に外部から衝撃が加えられた場合においては、図2に示す圧電振動片32の両端部E1とE2は、その中間位置にある接合箇所Bを中心として、各矢印に示すように、Z方向に対称的に変位することになる。このように、衝撃を分散することで、圧電振動片32の両端部E1とE2の変位量を、従来の片持ち支持の圧電振動片の先端部の変位量よりも小さくすることができ、パッケージの内側へ衝突して破損することを有効に防止できる。
【0033】
さらに、両端部E1とE2の変位により、金属バンプ43による接合部への曲げモーメントは、片持ち支持による接合箇所Bへの曲げモーメントと比べて小さいので、接合箇所Bに加わる応力が小さくなり、その分破損しにくくなる。このため、圧電デバイス30の信頼性が向上する。
また、振動腕34,35と接合箇所Bが離れていることから、振動腕34,35から接合箇所を介してパッケージ側への振動の漏れ込みを小さくすることができ、このため発振周波数が変化してしまうことや、CI(クリスタルインピーダンス)値の上昇を効果的に抑制できる。
【0034】
図3及び図4は、図7で説明した圧電デバイス1に対応するものをSA1、本実施形態の圧電デバイス30に対応するものをSA2として示す図である。
このうち、図3は、外部から衝撃を受けた場合の先端部の変位量を比較した比較線を示している。図において、比較線T1はSA1とSA2について、銀ペーストを利用した導電性接着剤で接合した場合を示し、比較線T2はSA1とSA2について、金属バンプで接合した場合を示している。また、図4は、振動漏れによる発振周波数の変化量を比較した図であり、比較線T3はSA1とSA2について、銀ペーストを利用した導電性接着剤で接合した場合を示し、比較線T4はSA1とSA2について、金属バンプで接合した場合を示している。
【0035】
図3では、衝撃条件として43000G(1500mmの高さから100グラムの物体を自由落下させた衝撃と同等)に設定して試験した結果である。図3に示すように、図2の接合箇所Bを金属バンプ43ではなく、導電性接着剤で接合した場合のT1では、圧電振動片の振動腕の先端部の変位量はSA1(従来構造)とSA2(本実施形態)では大きな差が見られることから、本実施形態の衝撃緩和性能の高さを示している。また、金属バンプによる接合では、大きな差は見られないが、本実施形態の方が有利である結果が得られた。
図4では、金属バンプで接合した場合も、導電性接着剤で接合した場合においても、ともに発振周波数の変化が顕著に抑制される結果が得られた。
【0036】
図5は、圧電振動片32の変形例とパッケージへの接合箇所との関係を示す概略平面図であり、図5(a)は図1及び図2で説明した圧電振動片32とその接合箇所としての仮想線GP1を示し、図5(b)はバランス部42を備えない形態の圧電振動片32−1を仮想線GP1の位置でパッケージに接合した状態を示し、図5(c)は上記圧電振動片32−1を仮想線GP1とは相違する圧電振動片32−1の重心位置GP2と対応した箇所でパッケージに接合した状態を示している。
【0037】
これらの各形態について、圧電デバイスの外部から衝撃を加えた場合(その条件は図3と同じ)において、先端部の変位量を調べると、先ず、従来の圧電デバイス1の図7に示す変位量M1は、0.5mm程度である。これに対して、図5(a)の構成では、図2のM2に示す変位量がほぼ0.18mm程度、図5(b)の構成では、変位量がほぼ0.23mm程度、図5(c)の構成でも、変位量がほぼ0.23mm程度であった。
【0038】
これらの結果から、図5(a)の圧電振動片32では、基部51とは別に、基部51の各振動腕34,35を設けた側とは反対の端部に、バランス部42を備えているので、各振動腕34,35の先端部の変位量が最も少なく、最も優位性が高い。特に、バランス部42が比較的質量のあるヘッド部46を幅の狭められたネック部54で一体に接合した構成である。つまり、図5(a)において、基部51の長さ方向を二分する中心軸51−Lに関して、基部51に一体に固定されているネック部54の付け根もしくは根元部分と、各振動腕34,35及び固定用腕37,38のそれぞれの付け根もしくは根元部分とが対称に配置されている。
このため、構造的に、ネック部54の付け根もしくは根元部分が変位しやすいことから、固定用腕37,38のそれぞれの付け根もしくは根元部分が変形しやすいことから、図2において、加えられた応力が接合箇所Bを中心とした左右端部にバランスよく分散され、その結果変位量M2が小さくなる。
【0039】
そして、図5(b)と図5(c)の圧電振動片32−1のように、バランス部42を省略した構成でも、その変位量M2は従来と比較すると十分小さくなり、図5(b)の場合と、図5(c)の場合のように、接合位置を多少変化させても、ほぼ重心位置に相当する箇所で接合すれば、ほぼ同様の結果を得ることができた。
【0040】
図6は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置300の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン308及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ309を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるCPU(Central
Processing Unit)301を備えている。
CPU301は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのLCDや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部302や、RAM,ROM等でなる情報記憶手段303の制御を行うようになっている。このため、CPU301には、圧電デバイス30が取り付けられて、その出力周波数をCPU301に内蔵された所定の分周回路(図示せず)等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このCPU301に取付けられる圧電デバイス30は、圧電デバイス30単体でなくても、圧電デバイス30等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【0041】
CPU301は、さらに、温度補償水晶発振器(TCXO)305と接続され、温度補償水晶発振器305は、送信部307と受信部306に接続されている。これにより、CPU301からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器305により修正されて、送信部307及び受信部306に与えられるようになっている。
【0042】
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置300のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス30を利用することにより、低背化を実現して、装置全体の小型化を図ることができ、圧電振動片の接合構造が振動性能に悪影響を与えることがないので、正確なクロック信号を生成することができる。
【0043】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器、ジャイロセンサ等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図2】 図1のA−A線概略断面図。
【図3】 図1の圧電デバイスと従来の圧電デバイスの振動腕の先端部の変位量を比較したグラフ。
【図4】 図1の圧電デバイスと従来の圧電デバイスの振動性能の変化を比較したグラフ。
【図5】 図1の圧電デバイス及びその変形例と接合箇所の関係を示す概略平面図。
【図6】 本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図7】 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
30・・・圧電デバイス、31・・・電極部、32・・・圧電振動片、34,35・・・振動腕、37,38・・・固定用腕、42・・・バランス部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a piezoelectric device and a cellular phone and an electronic apparatus using the improved piezoelectric device.
[0002]
[Prior art]
Piezoelectric vibrating piece housed in a package for small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, and mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems Piezoelectric devices such as vibrators and piezoelectric oscillators are widely used.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of such a piezoelectric device (see Patent Document 1).
In the figure, a piezoelectric device 1 contains a piezoelectric vibrating piece 3 inside a package 2. In this case, the package 2 is formed by forming an insulating material in a shallow box shape, and after the piezoelectric vibrating reed 3 is accommodated and fixed inside, the package 2 is sealed by the lid 4.
[0003]
The package 2 is formed by molding, laminating and sintering a plurality of substrates 2a, 2b, 2c made of ceramic green sheets, and is formed inside the substrate 2c by removing the material during molding. By providing the hole, a space S1 for accommodating the piezoelectric vibrating piece 3 is formed as shown in the figure.
[0004]
The piezoelectric vibrating piece 3 is formed of a so-called tuning fork type vibrating piece having a pair of vibrating arms extending in parallel from the base to one side by etching a quartz crystal, for example. An excitation electrode for the electrode is formed.
The piezoelectric vibrating reed 3 is supported in a cantilevered manner by joining the base 3a at the internal space S1 of the package 2 to the package side.
[0005]
Specifically, an electrode portion 5 connected to a mounting electrode portion (not shown) provided on the bottom surface of the package is formed on the surface of the substrate 2a of the package 2, and the base portion of the electrode portion 5 and the piezoelectric vibrating piece 3 is formed. 3 a is joined by the conductive adhesive 6.
Further, in this piezoelectric device 1, a recess 7 is provided in the region immediately below the tip 3 b of the piezoelectric vibrating piece 3 inside the package 2 by removing the material in the corresponding region of the substrate 2 b. Thereby, when the piezoelectric device 1 receives an impact in the Z direction from the outside, the tip portion 3b of the piezoelectric vibrating piece 3 is shaken in the direction of the arrow D to avoid being damaged by colliding with the inner bottom surface of the package 2. Have been to.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-359535 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the piezoelectric device 1 configured as described above has several problems. That is, since the piezoelectric vibrating reed 3 is joined at the base 3a, which is one end thereof, and is supported in a cantilevered manner, the tip 3b of the piezoelectric vibrating reed 3 when subjected to an impact in the Z direction from the outside. The amount of displacement in the Z direction is large. For this reason, since it is necessary to provide the recess 7 in the package 2 in order to prevent damage to the tip 3b of the piezoelectric vibrating reed 3 at the time of impact, there is a restriction in reducing the overall size h of the package 2 in the thickness direction. This is disadvantageous in reducing the product height.
In particular, when the piezoelectric vibrating piece 3 has a cantilever support structure using the conductive adhesive 6, the piezoelectric vibration is caused by contraction of the conductive adhesive 6 in the process of curing the conductive adhesive 6 during the bonding. In some cases, the tip 3b of the piece 3 is inclined and fixed so as to face downward, and from this point, the necessity of providing the above-described recess 7 becomes higher.
[0008]
In addition, since the distance between the base portion 3a, which is a joint portion between the piezoelectric vibrating piece 3 and the package 2, and the tip portion 3b of the piezoelectric vibrating piece 3, the bending moment increases upon impact from the outside of the piezoelectric device 1. The damage to the joint structure at the base 3a is large.
[0009]
Further, since the base portion 3a which is a joint portion with respect to the package 2 is close to the excited vibration portion, vibration easily leaks from the vibration side of the piezoelectric vibrating piece 3 to the base portion 3a, and the vibration propagates to the package 2 side. As a result, the oscillation performance is adversely affected.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is advantageous for reducing the height of the piezoelectric device, and is less likely to be damaged because the burden on the joining portion of the piezoelectric vibrating piece is small during an external impact. An object of the present invention is to provide a piezoelectric device that hardly changes in oscillation frequency, and a mobile phone and an electronic apparatus using the piezoelectric device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device in which a tuning-fork type crystal vibrating piece is joined in a package at least at one position in the length direction, and the package is sealed with a lid. The package includes a substrate constituting a bottom portion of the package and an electrode portion formed on the substrate, and the tuning fork type crystal vibrating piece includes a base and a plurality of vibrations extending in parallel from the base. An arm, and a plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base, and each of the fixing arms, The center of gravity of the tuning-fork type quartz vibrating piece Position near only By being joined to the electrode part through a conductive adhesive, an impact from outside acts, Tuning fork type The base of the crystal vibrating piece and the tip of the vibrating arm are Z-axis direction This is achieved by a piezoelectric device that is configured to be displaced in the distance.
According to the configuration of the first invention, the piezoelectric vibrating piece accommodated in the package is bonded to the fixing arm different from the vibrating arm at a location near the center of gravity of the piezoelectric vibrating piece. The bending moment of the vibrating arm can be distributed to both sides of the joint portion as compared with the cantilever type support structure joined at the end as in the prior art.
For this reason, the amount of displacement of the tip of the vibrating arm can be reduced in the event of an impact from the outside, and it is possible to effectively prevent a collision and damage to the inside of the package. Further, since the vibration arm and the joint portion are separated from each other, leakage of vibration from the vibration arm to the package side through the joint portion can be reduced. Furthermore, since the bending moment that acts on the joint portion in the event of an external impact can be reduced, it is possible to effectively prevent the joint portion between the package and the piezoelectric vibrating piece from being damaged.
[0013]
The second invention is the configuration of the first invention, The plurality of fixing arms are a pair of arms having the same length arranged on both outer sides of the plurality of vibrating arms.
According to the configuration of the second invention, The pair of arms have the same form as each other and have a symmetric structure with respect to a virtual center line passing through the center in the width direction. It is strengthened and can be fixed in a balanced manner.
[0014]
A third invention is the configuration of the second invention, The plurality of fixing arms are formed shorter than the plurality of vibrating arms.
According to the configuration of the third invention, The fixing arm used for joining does not cause an extremely large weight increase, and the size in the length direction does not need to be increased.
[0015]
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, The plurality of vibrating arms and the fixing arm extend in the same direction from the base, and further include a balance portion extending from the base in a direction opposite to the one direction.
According to the configuration of the fourth invention, By providing the balance portion that extends in a direction opposite to the direction in which the vibrating arm extends, the joint position in the vicinity of the center of gravity moves to the base side, making it easier to balance the stress distribution. Further, the piezoelectric vibrating piece having a shorter vibrating arm can be fixed at an appropriate position. That is, in the piezoelectric vibrating reed having a short vibrating arm, if there is no balance portion, the center of gravity is shifted toward the distal end portion, and therefore, a suitable balance can be obtained by bringing the center of gravity closer to the base portion.
[0016]
A fifth invention is the configuration of the fourth invention, The balance portion includes a narrow neck portion integrally coupled to the base portion, and a head portion widened on the tip side from the neck portion.
According to the configuration of the fifth invention, By creating a portion that is easily deformed by providing the neck portion, the balance portion is easily deformed symmetrically with the bending deformation of the vibrating arm across the joining portion, and an impact from the outside is further increased. By appropriately dispersing, the amount of displacement can be further reduced.
[0017]
According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, The fixing arm of the piezoelectric vibrating piece is bonded to an electrode portion provided on an inner bottom surface of the package by a metal bump.
According to the configuration of the sixth invention, By joining the piezoelectric vibrating reeds using metal bumps, a joining structure for holding the piezoelectric vibrating reeds horizontally can be realized, and the conduction performance can be ensured.
[0018]
In addition, according to the seventh aspect of the present invention, the tuning fork type quartz crystal vibrating piece is bonded to the package at least at one position in the length direction, and the package is sealed with a lid. A mobile phone device using a piezoelectric device, wherein the package includes a substrate constituting a bottom portion of the package, and an electrode portion formed on the substrate, and the tuning-fork type crystal vibrating piece includes a base, A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base, each of the fixing arms, The center of gravity of the tuning-fork type quartz vibrating piece Position near only By being joined to the electrode part through a conductive adhesive, an impact from outside acts, Tuning fork type The base of the crystal vibrating piece and the tip of the vibrating arm are Z-axis direction This is achieved by a mobile phone device in which a clock signal for control is obtained by a piezoelectric device that is configured to be displaced in the direction.
[0019]
According to the eighth aspect of the present invention, the tuning fork type quartz crystal vibrating piece is joined to the package at least at one position in the length direction, and the package is sealed with a lid. An electronic apparatus using a piezoelectric device, wherein the package includes a substrate constituting a bottom portion of the package and an electrode portion formed on the substrate, and the tuning-fork type crystal vibrating piece includes a base, and the base A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base, each of the fixing arms, The center of gravity of the tuning-fork type quartz vibrating piece Position near only By being joined to the electrode part through a conductive adhesive, an impact from outside acts, Tuning fork type The base of the crystal vibrating piece and the tip of the vibrating arm are Z-axis direction This is achieved by an electronic apparatus in which a control clock signal is obtained by a piezoelectric device configured to be displaced in the direction.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of a piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG.
In the figure, the piezoelectric device 30 shows an example in which a piezoelectric vibrator is configured, and the piezoelectric device 30 houses a piezoelectric vibrating piece 32 in a package 36 which is a base. The package 36 is open at the top and is sealed by a lid 39. At least a part of the package 36 is formed by, for example, laminating a plurality of substrates formed by molding an aluminum oxide ceramic green sheet as an insulating material, and then sintering.
[0021]
That is, in this embodiment, the package 36 is formed by sequentially laminating the first substrate 61 and the second substrate 62, and the material inside the second substrate 62 is removed, so that the internal space S2 is removed. A space is formed. This internal space S2 is a housing space for housing the piezoelectric vibrating piece.
In this embodiment, the box-shaped package 36 is formed to accommodate the piezoelectric vibrating piece 32. For example, the first substrate 61 is used as a base, and the piezoelectric vibrating piece 32 is bonded thereto. In addition, a package (accommodating container) configured to be covered with a thin box-shaped lid or lid body and sealed may be used.
[0022]
1 and 2, in the vicinity of the end portion in the internal space S2 of the package 36 as a base, the first substrate 61 that is exposed to the internal space S2 and forms the inner bottom portion is formed of, for example, nickel on tungsten metallization. Electrode portions 31, 31 formed by plating and gold plating are provided.
In this embodiment, the electrode portions 31 are provided near both ends in the width direction of the first substrate 61 and near the center in the length direction.
The electrode portions 31 are connected to the outside to supply a driving voltage. Specifically, for example, a mounting electrode part (not shown) is formed on the bottom surface of the first substrate 61, and the mounting electrode part and the electrode parts 31, 31 are tungsten metallized before firing the first substrate 61. Etc. can be connected by a conductive through-hole formed using the like.
[0023]
Metal bumps 43, 43 are disposed in advance on the electrode portions 31, 31, and the piezoelectric vibrating piece 32 is joined from above. For example, gold bumps are used as the metal bumps 43. 1 and 2, the size of the metal bump 43 is shown larger than the actual size in order to clarify the bonding position.
Here, as a method of forming such metal bumps 43, 43, a plating method or a stud bump forming method is used. That is, in the plating method, gold or a gold alloy as a metal material for forming a metal bump is formed on the electrode portion 31 and then reflowed to form a hemispherical bump. Or you may form by vapor deposition or paste printing.
[0024]
Further, not only the plating method but also ball bumps or stud bumps may be used. That is, a ball is formed by heating and melting a gold wire at the tip exposed from the capillary with an electric torch or a hydrogen torch. Then, it can be formed by being moved onto the electrode part 31 and ultrasonically pressure-bonding with heat.
The piezoelectric vibrating piece 32 is bonded by pressing a fixing arm, which will be described later, to the metal bumps 43, 43, or by applying heat, pressure, or ultrasonic pressure combined use.
[0025]
The piezoelectric vibrating piece 32 is formed of, for example, quartz, and a piezoelectric material such as lithium tantalate or lithium niobate can be used in addition to quartz.
The piezoelectric vibrating piece 32 includes a base 51 and a pair of vibrating arms 34 and 35 extending from the base 51 in parallel to the left in FIG. In addition, the base 51 has a strip-like shape that expands in the width direction that is the X direction, and is provided one by one on each outer side of the pair of vibrating arms 34 and 35 described above, and in the same direction as the pair of vibrating arms 34 and 35. Are provided with a pair of fixing arms 37 and 38 extending in parallel with each other.
In other words, the pair of vibrating arms 34 and 35 and the fixing arms 37 and 38 are integrally formed so as to extend in the same direction as the Y direction from the base 51 with the base 51 as a base end. The fixing arms 37 and 38 have the same length and are shorter than the vibrating arms 34 and 35.
Thereby, the piezoelectric vibrating piece 32 has a symmetrical shape with respect to a virtual center line C extending in the length direction of the piezoelectric device 30 of FIG.
[0026]
In FIG. 1, a balance portion 42 is integrally formed on the side opposite to the side on which the vibrating arms 34 and 35 and the fixing arms 37 and 38 are formed with the base 51 interposed therebetween. The balance part 42 is provided in order to balance the behavior related to the displacement of both end portions in the length direction across the joining portion of the piezoelectric vibrating piece 32. The balance portion 42 is located on the right side in FIG. 1 from the base portion 51, and is formed by reducing the width dimension, and a neck portion 54 that is a notch portion or a recess portion, and on the tip side of the neck portion 54. And a head portion 46 formed by enlarging the width dimension.
[0027]
Excitation electrodes 44 and 45 are formed on at least the vibrating arms 34 and 35 of the piezoelectric vibrating piece 32. The excitation electrodes 44 and 45 are formed, for example, by plating chromium as a base and plating gold thereon. The excitation electrodes 44 and 45 are polarized so as to have different polarities, and the excitation electrode 44 has main surfaces (front and back surfaces) and both side surfaces on the distal end side of the vibrating arm 34, and main ends on the proximal end side of the vibrating arm 35. The surface and the base 51 are wound around and are drawn around the main surface of the fixing arm 37. A portion extended by the excitation electrode 44 and routed to the main surface of the fixing arm 37 is a lead-out electrode 44a. The excitation electrode 45 wraps around the main surface (front and back surfaces) and both side surfaces on the distal end side of the vibrating arm 35, the main surface on the proximal end side of the vibrating arm 34, and the base portion 51, and reaches the main surface of the fixing arm 38. Has been routed to. A portion where the excitation electrode 45 is extended and drawn around the main surface of the fixing arm 38 is a lead-out electrode 45a.
[0028]
In addition, at the crotch portion 53 between the vibrating arm 34 and the vibrating arm 35, the excitation electrode 44 and the excitation electrode 45 on the inner side surface of each vibrating arm 34 and the vibrating arm 35 are separated. The lead-out electrodes 44a and 45a drawn around the fixing arms 37 and 38 function as bonding electrodes.
As a result, a drive voltage is applied to the excitation electrodes 44 and 45 from the outside via the electrode portions 31 and 31 of the package 36, whereby an electric field is appropriately formed in each of the vibrating arms 34 and 35. , 35 are driven so as to approach and separate from each other and vibrate at a predetermined frequency.
[0029]
A lid 39 is joined to the open upper end of the package 36 through a brazing material 48 such as low-melting glass to seal the package 36. The lid 39 can be formed of a metal such as Kovar, or can be formed of a transparent glass material. In the case of selecting a transparent material, after sealing and fixing to the package 36, as shown in FIG. 2, a laser beam LB is externally applied to a part of the metal coating portion of the piezoelectric vibrating piece 32 or an excitation electrode (not shown). The frequency adjustment can be performed by a mass reduction method. In this case, the lid 39 is made of, for example, a material that transmits light, particularly, thin glass.
As a glass material suitable for the lid 39, for example, borosilicate glass is used, for example, as a thin glass manufactured by the downdraw method.
[0030]
Next, the bonding structure of the piezoelectric vibrating piece 32 will be described.
The piezoelectric vibrating reed 32 does not have a conventional cantilever support structure, but is obtained by joining the fixing arms 37 and 38 to the electrode portions 31 and 31 on the package 36 side as shown in FIGS. Bonded and fixed.
Specifically, on the inner bottom surface of the package 36 in FIG. 1, the electrode portions 31, 31 are ideally wide from the center of gravity GP of the piezoelectric vibrating piece 32 when the bonded piezoelectric vibrating piece 32 is positioned. It is formed on a virtual straight line GP1 extending in the X direction, which is the direction, and the above-described metal bumps 43 and 43 are provided on the virtual straight line GP1 to be joined to the fixing arms 37 and 38 of the piezoelectric vibrating piece 32. .
[0031]
Alternatively, the joining location may be set by joining the center location of the total length L1 of the piezoelectric vibrating piece 32 as the center of gravity approximate location corresponding to the center of gravity position.
In addition, this joining location can be set and joined as a center of gravity approximate location corresponding to the center of gravity position corresponding to the center of gravity position of the total length L2 of each vibrating arm 34, 35 of the piezoelectric vibrating piece 32. The center portion of the full length L3 of the fixing arms 37 and 38 of the vibrating piece 32 can be set and joined as a center of gravity approximate location corresponding to the center of gravity position. In this case, in order to disperse the balance of the Z-axis displacement symmetrically, the dimensions of the balance portion 42 are adjusted.
The bonding means is not limited to the metal bumps, and a conductive adhesive may be used when the piezoelectric vibrating reed 32 allows a certain change in posture from the horizontal state in the bonded state. In this case, unlike the conventional case, the piezoelectric vibrating piece 32 of the present embodiment does not have a cantilevered support structure. There is no approach to the bottom.
[0032]
The present embodiment is configured as described above, and the piezoelectric vibrating piece 32 housed in the package 36 is in the vicinity of the center of gravity of the piezoelectric vibrating piece 32 with respect to the fixing arms 37 and 38 different from the vibrating arms 34 and 35. It is made to join in the place of. For this reason, the joint location is located in the vicinity of the center of gravity GP of the piezoelectric vibrating piece 32, and the bending moment of the vibrating arm is less than that of the cantilevered support structure joined at the end as in the prior art. Can be distributed on both sides.
That is, when an impact is applied to the piezoelectric device 30 from the outside, both ends E1 and E2 of the piezoelectric vibrating piece 32 shown in FIG. 2 are indicated by arrows with the joint B at the middle position as the center. In addition, they are displaced symmetrically in the Z direction. Thus, by dispersing the impact, the displacement amount of both end portions E1 and E2 of the piezoelectric vibrating piece 32 can be made smaller than the displacement amount of the tip portion of the conventional cantilevered piezoelectric vibrating piece, and the package It can be effectively prevented from colliding with and breaking inside.
[0033]
Furthermore, due to the displacement of both ends E1 and E2, the bending moment to the joint by the metal bump 43 is smaller than the bending moment to the joint B by cantilever support, so the stress applied to the joint B is reduced, It becomes hard to break by that much. For this reason, the reliability of the piezoelectric device 30 is improved.
Further, since the vibration arms 34 and 35 and the joint B are separated from each other, leakage of vibration from the vibration arms 34 and 35 to the package side via the joint can be reduced, and the oscillation frequency is changed. And increase in CI (crystal impedance) value can be effectively suppressed.
[0034]
FIGS. 3 and 4 are views showing SA1 corresponding to the piezoelectric device 1 described in FIG. 7 and SA2 corresponding to the piezoelectric device 30 of the present embodiment.
Among these, FIG. 3 shows a comparison line comparing the amount of displacement of the tip when subjected to an impact from the outside. In the figure, a comparison line T1 shows a case where SA1 and SA2 are joined by a conductive adhesive using a silver paste, and a comparison line T2 shows a case where SA1 and SA2 are joined by metal bumps. FIG. 4 is a diagram comparing the amount of change in oscillation frequency due to vibration leakage. Comparison line T3 shows a case where SA1 and SA2 are joined by a conductive adhesive using silver paste, and comparison line T4 is SA1 and SA2 are shown as being joined by metal bumps.
[0035]
FIG. 3 shows the results of testing with the impact condition set to 43000 G (equivalent to an impact obtained by freely dropping a 100-gram object from a height of 1500 mm). As shown in FIG. 3, at T1 when the joint B in FIG. 2 is joined by a conductive adhesive instead of the metal bump 43, the displacement amount of the tip of the vibrating arm of the piezoelectric vibrating piece is SA1 (conventional structure). And SA2 (this embodiment) show a large difference, indicating the high impact relaxation performance of this embodiment. Moreover, in the joining by metal bump, although a big difference is not seen, the result that this embodiment is more advantageous was obtained.
In FIG. 4, the result that the change of the oscillation frequency was remarkably suppressed was obtained both in the case of joining with the metal bump and the case of joining with the conductive adhesive.
[0036]
FIG. 5 is a schematic plan view showing a relationship between a modified example of the piezoelectric vibrating piece 32 and a place where the piezoelectric vibrating piece 32 is joined to the package, and FIG. 5A is a view showing the piezoelectric vibrating piece 32 described in FIGS. 5 (b) shows a state in which the piezoelectric vibrating piece 32-1 having no balance portion 42 is joined to the package at the position of the virtual line GP1, and FIG. 5 (c) shows the above-described virtual line GP1. A state is shown in which the piezoelectric vibrating piece 32-1 is joined to the package at a location corresponding to the center of gravity position GP2 of the piezoelectric vibrating piece 32-1 different from the virtual line GP1.
[0037]
For each of these forms, when an impact is applied from the outside of the piezoelectric device (the conditions are the same as those in FIG. 3), when the amount of displacement of the tip is examined, first, the amount of displacement shown in FIG. M1 is about 0.5 mm. On the other hand, in the configuration of FIG. 5A, the displacement shown by M2 in FIG. 2 is about 0.18 mm, and in the configuration of FIG. 5B, the displacement is about 0.23 mm. Even in the configuration of c), the displacement was about 0.23 mm.
[0038]
From these results, the piezoelectric vibrating reed 32 of FIG. 5A is provided with the balance portion 42 at the end opposite to the side on which the vibrating arms 34 and 35 of the base 51 are provided, in addition to the base 51. Therefore, the amount of displacement at the tip of each vibrating arm 34, 35 is the smallest and the most advantageous. In particular, the balance portion 42 has a structure in which a head portion 46 having a relatively large mass is integrally joined by a narrowed neck portion 54. That is, in FIG. 5A, with respect to the central axis 51 -L that bisects the length direction of the base 51, the root or base portion of the neck portion 54 that is integrally fixed to the base 51 and the vibrating arms 34 and 35. In addition, the bases or base portions of the fixing arms 37 and 38 are arranged symmetrically.
Therefore, structurally, the base or base portion of the neck portion 54 is easily displaced, and the bases or base portions of the fixing arms 37 and 38 are easily deformed. Are distributed in a balanced manner at the left and right ends with the joint B as the center, with the result that the displacement amount M2 is reduced.
[0039]
Further, even in the configuration in which the balance portion 42 is omitted as in the piezoelectric vibrating piece 32-1 in FIGS. 5B and 5C, the displacement amount M2 is sufficiently small as compared with the conventional case, and FIG. ) And the case of FIG. 5 (c), even if the joining position is slightly changed, substantially the same result can be obtained if the joining is performed at a position substantially corresponding to the position of the center of gravity.
[0040]
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device 300 as an example of an electronic apparatus using the piezoelectric device according to the above-described embodiment of the present invention.
In the figure, a microphone 308 for receiving the voice of the sender and a speaker 309 for outputting the received content as a voice output are provided, and further, an integrated circuit or the like as a control unit connected to the modulation and demodulation unit of the transmission / reception signal. CPU (Central
Processing Unit 301 is provided.
In addition to modulation and demodulation of transmission / reception signals, the CPU 301 controls an information input / output unit 302 including an LCD as an image display unit, an operation key for inputting information, and an information storage unit 303 including a RAM and a ROM. To do. For this reason, the piezoelectric device 30 is attached to the CPU 301, and its output frequency is used as a clock signal suitable for the control content by a predetermined frequency dividing circuit (not shown) incorporated in the CPU 301. ing. The piezoelectric device 30 attached to the CPU 301 may not be a single piezoelectric device 30 but may be an oscillator that combines the piezoelectric device 30 and the like with a predetermined frequency dividing circuit and the like.
[0041]
The CPU 301 is further connected to a temperature compensated crystal oscillator (TCXO) 305, and the temperature compensated crystal oscillator 305 is connected to the transmitter 307 and the receiver 306. Thus, even if the basic clock from the CPU 301 fluctuates when the environmental temperature changes, it is corrected by the temperature compensated crystal oscillator 305 and supplied to the transmission unit 307 and the reception unit 306.
[0042]
In this way, by using the piezoelectric device 30 according to the above-described embodiment in an electronic device such as the digital cellular phone device 300 including the control unit, a reduction in the height is realized, and the overall size of the device is reduced. Since the joining structure of the piezoelectric vibrating reed does not adversely affect the vibration performance, an accurate clock signal can be generated.
[0043]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
In addition, the present invention is not limited to the name of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, a gyro sensor, etc., as long as it is covered with a package or a box-shaped lid and accommodates a piezoelectric vibrating piece inside. It can be applied to the piezoelectric device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a piezoelectric device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a graph comparing displacement amounts of tip portions of vibrating arms of the piezoelectric device of FIG. 1 and a conventional piezoelectric device.
FIG. 4 is a graph comparing changes in vibration performance between the piezoelectric device of FIG. 1 and a conventional piezoelectric device.
FIG. 5 is a schematic plan view showing the relationship between the piezoelectric device of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional piezoelectric device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Piezoelectric device, 31 ... Electrode part, 32 ... Piezoelectric vibration piece, 34, 35 ... Vibrating arm, 37, 38 ... Fixing arm, 42 ... Balance part.

Claims (8)

音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスであって、
前記パッケージが、
該パッケージの底部を構成する基板と、
前記基板に形成された電極部と
を備え、
前記音叉型水晶振動片が、
基部と、
前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕と
を備えており、
前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがZ軸方向に変位する構成とした
ことを特徴とする、圧電デバイス。
A piezoelectric device in which a tuning fork type crystal vibrating piece is joined in a package at least at one position in the length direction, and the package is sealed with a lid,
The package is
A substrate constituting the bottom of the package;
An electrode portion formed on the substrate,
The tuning fork type crystal vibrating piece is
The base,
A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base;
A plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base,
Each of the fixing arms is joined to the electrode portion via a conductive adhesive only at a position near the center of gravity of the tuning-fork type crystal vibrating piece, whereby an impact from the outside acts on the tuning-fork. A piezoelectric device, wherein the base part of the quartz crystal vibrating piece and the tip part of the vibrating arm are displaced in the Z-axis direction .
前記複数の固定用腕は、前記複数の振動腕の両外側に配置される同じ長さの一対のアームであることを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。  2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the plurality of fixing arms are a pair of arms having the same length disposed on both outer sides of the plurality of vibrating arms. 前記複数の固定用腕が、前記複数の振動腕よりも短く形成されていることを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイス。  The piezoelectric device according to claim 2, wherein the plurality of fixing arms are formed shorter than the plurality of vibrating arms. 前記基部から、前記複数の振動腕と前記固定用腕とが同じ一方向に延びており、さらに前記基部から、前記一方向と反対の方向に延びるバランス部を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電デバイス。  The plurality of vibrating arms and the fixing arm extend from the base in the same direction, and further include a balance portion extending from the base in a direction opposite to the one direction. Item 4. The piezoelectric device according to any one of Items 1 to 3. 前記バランス部は、前記基部に対して一体に結合された細幅のネック部と、このネック部より先端側で拡幅されたヘッド部とを備えていることを特徴とする請求項4に記載の圧電デバイス。  The said balance part is equipped with the narrow neck part integrally couple | bonded with respect to the said base part, and the head part widened by the front end side from this neck part, The Claim 4 characterized by the above-mentioned. Piezoelectric device. 前記音叉型水晶振動片の前記固定用腕が、前記パッケージの内側底面に設けた電極部に対して、金属バンプにより接合されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電デバイス。  6. The fixing arm of the tuning-fork type crystal vibrating piece is bonded to an electrode portion provided on an inner bottom surface of the package by a metal bump. Piezoelectric device. 音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記パッケージが、
該パッケージの底部を構成する基板と、
前記基板に形成された電極部と
を備え、
前記音叉型水晶振動片が、
基部と、
前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕と
を備えており、
前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがZ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、携帯電話装置。
A mobile phone device using a piezoelectric device in which a tuning fork type crystal vibrating piece is bonded in a package at least at one position in the length direction and the package is sealed with a lid,
The package is
A substrate constituting the bottom of the package;
An electrode portion formed on the substrate,
The tuning fork type crystal vibrating piece is
The base,
A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base;
A plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base,
Each of the fixing arms is joined to the electrode portion via a conductive adhesive only at a position near the center of gravity of the tuning-fork type crystal vibrating piece, whereby an impact from the outside acts on the tuning-fork. A mobile phone device characterized in that a control clock signal is obtained by a piezoelectric device in which the base portion of the quartz crystal vibrating piece and the tip portion of the vibrating arm are displaced in the Z-axis direction .
音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記パッケージが、
該パッケージの底部を構成する基板と、
前記基板に形成された電極部と
を備え、
前記音叉型水晶振動片が、
基部と、
前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕と
を備えており、
前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがZ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、電子機器。
An electronic device using a piezoelectric device in which a tuning fork type crystal vibrating piece is joined in a package at least at one position in the length direction, and the package is sealed with a lid.
The package is
A substrate constituting the bottom of the package;
An electrode portion formed on the substrate,
The tuning fork type crystal vibrating piece is
The base,
A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base;
A plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base,
Each of the fixing arms is joined to the electrode portion via a conductive adhesive only at a position near the center of gravity of the tuning-fork type crystal vibrating piece, whereby an impact from the outside acts on the tuning-fork. An electronic apparatus, wherein a control clock signal is obtained by a piezoelectric device configured such that the base portion of the quartz crystal vibrating piece and the distal end portion of the vibrating arm are displaced in the Z-axis direction .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4049017B2 (en) 2003-05-16 2008-02-20 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrator
JP2006197477A (en) * 2005-01-17 2006-07-27 Seiko Epson Corp Package for piezoelectric device and piezoelectric device using same
JP4548148B2 (en) * 2005-02-24 2010-09-22 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4784168B2 (en) * 2005-06-23 2011-10-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4389924B2 (en) 2006-11-07 2009-12-24 エプソントヨコム株式会社 Piezoelectric device
JP2009055354A (en) * 2007-08-27 2009-03-12 Daishinku Corp Package for piezoelectric vibration device and piezoelectric vibration device
JP5130952B2 (en) * 2008-02-26 2013-01-30 株式会社大真空 Piezoelectric vibration device and method for manufacturing piezoelectric vibration device
JP5446187B2 (en) * 2008-09-17 2014-03-19 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece and vibration type sensor
JP4864962B2 (en) * 2008-12-17 2012-02-01 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device
JP5566647B2 (en) * 2009-09-14 2014-08-06 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device and manufacturing method thereof
JP5476964B2 (en) 2009-12-09 2014-04-23 セイコーエプソン株式会社 Vibrators, oscillators, gyros and electronic equipment
US8299863B2 (en) 2009-12-25 2012-10-30 Seiko Epson Corporation Flexural mode resonator element, resonating device, and electronic apparatus
JP5621285B2 (en) * 2010-03-16 2014-11-12 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator and oscillator
JP5085682B2 (en) 2010-04-26 2012-11-28 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device
WO2012127685A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 富士通株式会社 Tuning-fork-type oscillator
JP5773384B2 (en) * 2011-05-06 2015-09-02 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device
JP5500736B2 (en) * 2011-11-09 2014-05-21 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device
JP5884849B2 (en) * 2014-03-20 2016-03-15 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, gyro sensor and electronic equipment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7521846B2 (en) 2004-10-20 2009-04-21 Seiko Epson Corporation Piezoelectric resonator element and piezoelectric device

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