JP4900489B2 - 音叉型圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は音叉型圧電振動片、音叉型圧電振動子および音叉型圧電振動片を得る圧電ウエハに係り、特に音叉型振動子を小型化および薄型化するのに好適な音叉型圧電振動片、音叉型圧電振動子および音叉型圧電振動片を得る圧電ウエハに関する。

圧電振動子、特に音叉型圧電振動子は、正確なクロック周波数を簡易に得ることができるものとして知られている。音叉型圧電振動子は、近年、電子機器の小型化、薄型化に対応して小型化、薄型化が図られており、いわゆる表面実装型が開発されている。この表面実装型の音叉型圧電振動子は、音叉型圧電振動片の面とパッケージの底面とが平行となるように、かつ音叉型圧電振動片をパッケージの底面に片持ち梁状にマウントすることにより実装している。

また、音叉型圧電振動子をパッケージに実装する技術として特許文献１の技術が挙げられる。これは、パッケージベース部と蓋体とからなるパッケージの内部に音叉型圧電振動片を片持ち梁状に実装している。そして、前記音叉型圧電振動片の振動腕部に隣接するパッケージベース部に平面矩形の凹部が設けられている。この凹部を設けることにより、外部からの衝撃により前記音叉型圧電振動片が大きく振れても、自由端部がパッケージベース部に接触することなく突入する。
これにより、前記音叉型圧電振動片が変形することなく、また周波数特性の変化を防止する技術である。

また、他の実装方法として特許文献２の技術が挙げられる。これは、音叉型圧電振動片に圧電振動片本体を囲繞する枠部が設けられ、この音叉型圧電振動片を２枚のパッケージで挟持し、これらを金属材料により接合封止している。このとき、前記枠部が前記パッケージよりも張り出して接合封止されている。この枠部の張り出している部分により、前記枠部の上側および下側にある前記金属材料が短絡するのを防止する技術である。

特開２００１−３３２９５２号公報 特開昭５６−６１８２０号公報

ところで、従来の音叉型圧電振動子は、音叉型圧電振動片が基部を介して片持ち梁状に実装される。しかし、片持ち梁状に実装されるため、パッケージ内部に実装した音叉型圧電振動片の平行度が低く、斜めに実装されることがあった。このため、従来の音叉型圧電振動子は、振動腕部がパッケージ底面または蓋体と接触してしまい、発振が停止する虞があった。

また、特許文献１に記載される音叉型圧電振動子は、振動腕部とパッケージ底面との接触を避けるために、パッケージ底面に凹部を形成している。この凹部は、振動腕部とパッケージとの接触を確実に防止できる深さに設定する必要があり、音叉型圧電振動子の薄型化が困難であった。さらに、音叉型圧電振動子の振動腕部が突出形成される基部をパッケージベース部上に実装するため、振動漏れが大きく、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が上昇してしまう問題があった。

また、特許文献２に記載される音叉型圧電振動子は、音叉型圧電振動片の２つの電極と、パッケージ側のマウント電極とを導電性接着剤で接続する際に、振動片の２つの電極間、およびパッケージ側のマウント電極間の距離が接近しているため、導電性接着剤がはみ出すなどして、電極間においてショートする虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、音叉型圧電振動片の平行度を保ちながらパッケージに実装できる音叉型圧電振動片およびこの音叉型圧電振動片を得る圧電ウエハを提供することを目的とする。さらに、上記音叉型圧電振動片を用いることにより、音叉型圧電振動子の薄型化を図ることができる音叉型圧電振動子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る音叉型圧電振動片は、音叉型圧電振動片をパッケージに収納してなる音叉型圧電振動子であって、前記音叉型圧電振動片は、基部と前記基部の一端から第１方向に延びてなる第１および第２の振動腕部とを有する圧電振動片本体と、前記基部に接続される支持部とを有し、前記支持部は、前記基部の他端に沿って形成した短辺部と、前記圧電振動片本体を挟むように前記短辺部の両端からそれぞれ前記第１方向のみに向かって延設した長辺部とを有し、前記短辺部の下面ならびに前記長辺部のそれぞれの下面とが前記パッケージに接合され、前記パッケージは、前記パッケージを封止するための封止孔を有するパッケージベース部と、このパッケージベース部に封止部を介して接合された蓋体と、前記短辺部の下面ならびに前記長辺部の下面と前記パッケージとを接合する導電性接着剤とを有し、前記パッケージベース部の封止される内側において、前記封止孔がある領域と、前記圧電振動片本体の下面と対向する前記パッケージベース部の領域と、前記短辺部と前記長辺部と接合する前記パッケージベース部側の領域とが同一面で構成されていることを特徴としている。

音叉型圧電振動片は、基部と前記基部の一端から第１方向に延びてなる第１および第２の振動腕部とを有する圧電振動片本体と、前記基部に接続される支持部とを有し、前記支持部は、前記基部の他端に沿って形成した短辺部と、前記圧電振動片本体を挟むように前記短辺部の両端からそれぞれ前記第１方向のみに向かって延設した長辺部とを有し、音叉型圧電振動片の支持部が、圧電振動片本体の基部の他端および片側の長辺に沿う形状なので、従来の四辺を枠部で囲繞した音叉型圧電振動片に比べて外形寸法を小さくすることができる。これにより、音叉型圧電振動片を内部に実装するパッケージの寸法を小さくすることができる。また、前記短辺部の下面、および２本の前記長辺部先端下面を導電性接着剤によりパッケージに接合すれば、音叉型圧電振動片はパッケージの底面に対してより水平を保って実装することができる。

また、前記長辺部は前記圧電振動片本体の長さより短くしてあることを特徴としている。これにより、音叉型圧電振動片の外形寸法はさらに小さくすることができる。このため、一枚の圧電ウエハから取れる音叉型圧電振動片の取れ数を、さらに多くすることができる。

また、前記支持部は、前記長辺部が前記短辺部の一側端部から延設され、前記長辺部の先端に前記短辺部に対向して設けた第二短辺部を有するコ字状に形成してあることを特徴としている。これにより、音叉型圧電振動片の外形寸法は、従来の四方を枠部で囲繞した音叉型圧電振動片と比べて外形寸法を小さくでき、一枚の圧電ウエハから取れる音叉型圧電振動片の取れ数を多くできる。

また、本発明に係る音叉型圧電振動子は、上述した音叉型圧電振動片が前記マウント部を介してパッケージに実装され、前記パッケージの上部に蓋体を接合されてなることを特徴としている。音叉型圧電振動片はパッケージの底面に対して水平に実装することができる。これにより、音叉型圧電振動片が発振するときに振動腕部がパッケージへ接触することがなくなるので、音叉型圧電振動子の厚さを薄型化することができる。

第一の実施形態に係る音叉型圧電振動子の平面図である。 第一実施形態に係る音叉型圧電振動子の断面図である。 第一実施形態に係る音叉型圧電振動片の圧電ウエハからの取れ数を説明する図である。 第二の実施形態に係る音叉型圧電振動片の平面図である。 第二の実施形態に係る音叉型圧電振動片の圧電ウエハからの取れ数を説明する図である。 第二の実施形態に係る音叉型圧電振動片の変形例を説明する図である。 第三の実施形態に係る音叉型圧電振動片の形状を説明する図である。

以下に本発明に係る音叉型圧電振動片、音叉型圧電振動子およびこの音叉型圧電振動片を得る圧電ウエハについて説明する。なお、以下に記載するものは本発明の実施の一形態にすぎず、本発明はこれに限定されるものでない。

まず、第一の実施形態について説明する。図１に音叉型圧電振動子の平面図を、図２に音叉型圧電振動子の断面図を示す。音叉型圧電振動子１０は、パッケージ１２の内部に音叉型圧電振動片２０を実装し、前記パッケージ１２の上部を蓋体１４で気密封止してなる構成である。

音叉型圧電振動片２０は圧電振動片本体２６および支持部２８からなる。圧電振動片本体２６は基部２２の一端から振動腕部２４が延びてなる構成で、支持部２８は前記基部２２の他端に沿って形成した短辺部３０と、この短辺部３０の一側端部から圧電振動片本体２６の長辺に沿って延設した長辺部３２とから構成されている。支持部２８は短辺部３０および長辺部３２によりＬ型の形状をなしている。そして、基部２２の前記他端と短辺部３０とが接続している。この接続する箇所の幅は両側に形成した切込み溝３４によって狭めてあり、圧電振動片本体２６の振動漏れを低減するようにしてある。

また、短辺部３０の下面および長辺部３２の先端側下面には振動腕部２４に形成された励振電極（図示せず）と導通する接続電極（図示せず）が設けられている。この接続電極はパッケージ１２に実装するときのマウント部となる。さらに、長辺部３２には実装用アライメントパターン３６が形成されている。このアライメントパターン３６は、音叉型圧電振動片２０をパッケージ１２に実装するときの位置精度を向上させるために設けられ、前記励振電極と同様に金薄膜等により形成されている。

パッケージ１２は箱型形状をなし、セラミック絶縁基板等で形成されたパッケージベース部１６の上に、低融点ガラス等の封止部３８を介してガラス、セラミックまたは金属で形成された蓋体１４を接合してなる構成である。パッケージベース部１６の内側に音叉型圧電振動片２０を実装するためのパッケージ側マウント電極１８ａ、１８ｂが形成されている。このパッケージ側マウント電極１８ａ、１８ｂは音叉型圧電振動片２０の短辺部３０および長辺部３２に設けられた前記接続電極に対応して形成されている。特に、長辺部３２の前記接続電極に対応したパッケージ側マウント電極１８ｂは長辺部３２の下にのみ形成され、振動腕部２４の下には形成されていない。これにより、振動腕部２４とパッケージ側マウント電極１８ｂとが接触することなく、音叉型圧電振動片２０が発振するようにしている。また、パッケージベース部１６の底部には、パッケージ１２を真空封止するときに使われる封止孔４０が設けられている。
このパッケージ１２に音叉型圧電振動片２０を実装するときは、短辺部３０および長辺部３２に設けられた前記接続電極とパッケージ側マウント電極１８ａ、１８ｂとを導電性接着剤４２により接合する。

このような実施形態によれば、音叉型圧電振動片２０は短辺部３０および長辺部３２に形成された前記接続電極とパッケージ側マウント電極１８ａ、１８ｂとで接合しているので、パッケージ１２の底面に対して水平に実装することができる。このため、音叉型圧電振動片２０が発振するときに、振動腕部２４が蓋体１４およびパッケージベース部１６の底面に接触することがなく、キャビティを低くすることができる。また、パッケージベース部１６に従来技術のような凹部を必ずしも設ける必要はない。したがって、音叉型圧電振動子１０を薄型化することができる。

また、Ｌ型の形状をなす支持部２８を有する音叉型圧電振動片２０は、従来の四方を枠部で囲繞した音叉型圧電振動片と比べて外形寸法が小さい。このため、音叉型圧電振動片２０を実装するパッケージ１２も小型化できる。
また、音叉型圧電振動片２０は、前記従来の音叉型圧電振動片に比べて外形寸法が小さいので、一枚の圧電ウエハから取れる音叉型圧電振動片２０の数を多くすることができる。図３に音叉型圧電振動片２０の取れ数を説明する図を示す。図３（ａ）は従来の四方を枠部で囲繞した音叉型圧電振動片の圧電ウエハ上のパターンを示し、図３（ｂ）はＬ型の支持部２８を有する音叉型圧電振動片２０の圧電ウエハ上のパターンを示す。このような音叉型圧電振動片２０を等間隔にパターン形成し、前記従来の音叉型圧電振動片の取れ数を１００とした場合、支持部２８を有する音叉型圧電振動片２０の取れ数は１４５となる。これにより、１枚の圧電ウエハから、従来よりも４５％多く音叉型圧電振動片２０を取ることができる。

次に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では音叉型圧電振動片について説明する。図４に第二の実施形態に係る音叉型圧電振動片５０の平面図を示す。音叉型圧電振動片５０は、第一の実施形態に係る音叉型圧電振動片２０と長辺部５３の長さが異なるのみで、他の部分の構成は同じである。

音叉型圧電振動片５０は、基部５４の一端から延びた振動腕部５６を有する圧電振動片本体５８と、前記基部５４他端に沿う短辺部５２および前記短辺部５２の一側端部から圧電振動片本体５８の長辺に沿って延設した長辺部５３を有する支持部５１とから構成される。前記長辺部５３の長さは圧電振動片本体５８の長辺の長さよりも短くしてあり、例えば圧電振動片本体５８の半分程度の長さである。

短辺部５２の下面と、長辺部５３の先端下面には接続電極（図示せず）が設けられている。この接続電極がパッケージに実装されるときのマウント部となる。なお、音叉型圧電振動片５０の長辺部５３に、実装用アライメントパターンを形成する構成としてもよい。

このような音叉型圧電振動片５０は、前記マウント部を介してパッケージ内部に接合されるので、パッケージの底面に対して水平に実装することができる。このため、音叉型圧電振動片５０が発振するときに、振動腕部５６が蓋体およびパッケージベース部の底面に接触することがなく、キャビティを低くすることができる。また、パッケージベース部に従来技術のような凹部を必ずしも設ける必要はない。したがって、音叉型圧電振動子を薄型化することができる。また、音叉型圧電振動片５０は、従来の四方を枠部で囲繞した圧電振動片に比べて外形寸法が小さい。このため、音叉型圧電振動片５０を実装するパッケージも小型化できる。

また、音叉型圧電振動片５０に設けられた支持部５１は、基部５４の前記他端および圧電振動片本体５８の長辺の一部に沿って設けられているので外形寸法が小さい。このため、一枚の圧電ウエハから取れる音叉型圧電振動片５０の数を多くすることができる。図５に音叉型圧電振動片５０の取れ数を説明する図を示す。圧電ウエハ上に音叉型圧電振動片５０を交互に並べてパターンを形成した場合、一枚の圧電ウエハから取れる音叉型圧電振動片５０の取れ数は１７７となる。なお、従来の四方を枠体で囲繞した音叉型圧電振動片の取れ数を１００としている。これにより、一枚の圧電ウエハから、従来よりも７７％多く音叉型圧電振動片５０を取ることができる。

また、上述した支持部５１の形状の他に、圧電振動片本体５８の両側短辺および片側長辺に沿う支持部６１を設ける構成にすることもできる。図６に支持部６１を有する音叉型圧電振動片の平面図を示す。支持部６１は基部５４の前記他端に沿う短辺部６２と、前記短辺部６２の一側端部から延設する長辺部６３と、前記長辺部６３の先端に前記短辺部６２と対向する第二短辺部６４を設けたコ字型をなす形状である。

この構成により、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、音叉型圧電振動片をパッケージに実装するときは、パッケージの底面に対して水平に実装することができるので、キャビティを低くすることができる。したがって、前記音叉型圧電振動子を薄型化することができる。また、従来の四方を枠部で囲繞する音叉型圧電振動片に比べ外形寸法を小さくできる。

次に、第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は音叉型圧電振動片について説明する。図７に第三の実施形態に係る音叉型圧電振動片の平面図を示し、図７（ａ）ないし（ｄ）において支持部の変形例を示す。
音叉型圧電振動片７０ａの圧電振動片本体７３は基部７１の一端から延びる振動腕部７２からなり、支持部７４は基部７１の他端に沿う短辺部７５と、この短辺部７５の両端から圧電振動片本体７３の長手方向に沿う長辺部７６とからなる。（図７（ａ））。また、音叉型圧電振動片７０ｂは圧電振動片本体７３および支持部７７からなり、支持部７７は基部７１の前記他端に沿う短辺部７８と、この短辺部７８の両端から圧電振動片本体７３の長手方向の沿う長辺部７９とからなる。この長辺部７９は圧電振動片本体７３の長辺の長さよりも短くしてあり、例えば圧電振動片本体７３の半分程度の長さである。（図７（ｂ））。この音叉型圧電振動片７０ａ、７０ｂをパッケージに実装するときは、短辺部７５、７８の下面、および２本の長辺部７６、７９先端下面を導電性接着剤によりパッケージに接合すれば、パッケージの底面に対してより水平を保って実装することができる。

また、音叉型圧電振動片８０ａは圧電振動片本体８３と支持部８４とからなる。圧電振動片本体８３は基部８１および振動腕部８２からなる。支持部８４は圧電振動片８３の両側の長辺に沿って設けられ、接続部８５を介して圧電振動片本体８３と接続している（図７（ｃ））。

また、音叉型圧電振動片８０ｂは、前記音叉型圧電振動片８０ａと支持部８６の長さが異なるのみである。すなわち、支持部８６は圧電振動片本体８３の長辺の長さよりも短く、例えば圧電振動片本体８３の半分程度の長さである（図７（ｄ））。この音叉型圧電振動片８０ａ、８０ｂをパッケージに実装するときは支持部８４、８６の両端下面、すなわち、支持部８４、８６の４箇所を導電性接着剤により接合するので、パッケージの底面に対してより水平を保って実装することができる。

１０…音叉型圧電振動子
１６…パッケージベース部
１８ａ，１８ｂ…パッケージ側マウント電極
２０…音叉型圧電振動片
２２…基部
２４…振動腕部
２６…圧電振動片本体
２８…支持部
３０…短辺部
３２…長辺部
３４…切込み溝

Claims (3)

1. 音叉型圧電振動片をパッケージに収納してなる音叉型圧電振動子であって、
   前記音叉型圧電振動片は、基部と前記基部の一端から第１方向に延びてなる第１および第２の振動腕部とを有する圧電振動片本体と、前記基部に接続される支持部と、を有し、
   前記支持部は、前記基部の他端に沿って形成した短辺部と、前記圧電振動片本体を挟むように前記短辺部の両端からそれぞれ前記第１方向のみに向かって延設した長辺部と、を有し、
   前記短辺部の下面ならびに前記長辺部のそれぞれの下面とが前記パッケージに接合され、
   前記パッケージは、前記パッケージを封止するための封止孔を有するパッケージベース部と、このパッケージベース部に封止部を介して接合された蓋体と、前記短辺部の下面ならびに前記長辺部の下面と前記パッケージとを接合する導電性接着剤とを有し、
   前記パッケージベース部の封止される内側において、前記封止孔がある領域と、前記圧電振動片本体の下面と対向する前記パッケージベース部の領域と、前記短辺部と前記長辺部と接合する前記パッケージベース部側の領域とが同一面で構成されていることを特徴とする音叉型圧電振動子。
2. 前記圧電振動片本体と前記短辺部とが接続した部分に切込み溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動子。
3. 前記長辺部は前記圧電振動片本体の長さより短くしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の音叉型圧電振動子。

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