JP5123056B2

JP5123056B2 - 容器体

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Publication number: JP5123056B2
Application number: JP2008143594A
Authority: JP
Inventors: 敦哉高橋; 久俊斉藤; 満彦根岸; 良太河合; 太一小田
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP2009290777A

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電振動子や圧電発振器に用いられる容器体に関する。

従来より、電子機器に用いられ圧電振動子や圧電発振器は、容器体内部に圧電振動素子を方持ちの状態で搭載して蓋体で気密封止した構造となっている。
ここで、圧電発振器は、圧電振動素子を容器体に気密封止した状態でさらに発振回路を備えた集積回路素子を搭載した構造となっている。
以後、圧電振動子について説明する。
このような圧電振動子は、例えば、凹部を有する容器体と、これに片持ちの状態で搭載される圧電振動素子と凹部を気密封止する蓋体とから構成されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２００８−１１３３７８号公報（図４）特開２００８−０９２１１２号公報（図１）

このような構造の圧電振動子を落下させた場合、落下による衝撃が内部の圧電振動素子に伝わっている。
圧電振動素子は、長手方向の一方の端部を容器体に固定し、他方の端部を自由端としたいわゆる方持ちの状態で容器体に搭載されている。そのため、励振電極により所定のモードで振動することが可能である。しかし、圧電振動子が落下すると、その落下による慣性力や落下時の衝撃振動が圧電振動素子の自由端を振れさせてしまう。
ここで、圧電振動素子の形状が音叉形状の場合、振れるのは自由端となる振動腕部である。そのために、振動腕部の断面が平板状の断面よりも小さいために、落下時の振れる量が大きくなる傾向があった。
これにより、振動腕部が容器体と接触してしまうという問題があった。
さらに容器体が圧電振動素子よりも硬い材質で構成されている場合、圧電振動素子の自由端部が折れる場合があった。
また、自由端部の先端に金属材料を設けている場合、この落下による衝撃で自由端が容器体と接触して金属材料が剥がれるという問題もあった。
この金属材料が剥がれると、振動バランスが崩れたり、周波数が変わるといった問題もあった。

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、搭載される圧電振動素子の破損を防ぎ、また、圧電振動素子に設けられる金属材料の剥がれを防ぐ容器体を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、圧電片に励振電極を設けた圧電振動素子を搭載する容器体において、前記容器体は、前記圧電振動素子を搭載する位置より低い位置が底面となる凹部を有し、前記凹部には衝撃吸収部が設けられており、前記衝撃吸収部の高さは、前記圧電振動素子と接触しない高さであり、前記衝撃吸収部が設けられている位置は、前記圧電振動素子の自由端となる位置から固定端側寄りの位置であり、また、前記圧電振動素子の自由端が前記凹部を構成する面に接触しない位置であり、更に、前記圧電振動素子の固定端側に近い前記凹部の側面位置からの前記衝撃吸収部の最も離れた面までの距離ｘが、前記圧電振動素子の導電性接着材が付着しない位置から自由端の先端までの長さをａ、前記凹部から前記圧電振動素子の自由端の先端までの高さをｂ、前記衝撃吸収部の高さをｃ、とした場合、次式を満たすことを特徴とする。
（ａ−ａ×ｃ／ｂ）＜ｘ＜（ √（ａ ^２ −（ｂ−ｃ） ^２））

また、本発明は、前記衝撃吸収部がタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、金（Ａｕ）のいずれかの材質からなる単一層構造又は、これらを下地層としてその表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造又は、チタン（Ｔｉ）を下地層とし、この表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造からなることを特徴とする。

このような容器体によれば、容器体に圧電振動素子を搭載する位置よりも低い位置に凹部が設けられており、この凹部内であって圧電振動素子と接触しない位置に衝撃吸収部を設けたので、落下による衝撃が生じても、圧電振動素子が容器体に接触せずに衝撃吸収部に接触するので圧電振動素子の折れや金属材料の剥がれを防ぐことができる。

また、この衝撃吸収部が圧電振動素子の自由端となる位置から固定端側に寄った位置に設けられており、圧電振動素子の自由端が凹部を構成する面に接触しない位置に設けられているので、圧電振動素子を確実に容器体に接触させないようにすることができる。

また、前記衝撃吸収部がタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、金（Ａｕ）のいずれかの材質からなる単一層構造又は、これらを下地層としてその表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造又は、チタン（Ｔｉ）を下地層とし、この表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造からなることにより、圧電振動素子よりも柔らかい材質のため、圧電振動素子が衝撃吸収部に接触しても圧電振動素子が折れずに衝撃を吸収することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（第一の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る容器体を圧電振動子に用いた一例を示す模式図であり、（ｂ）は圧電振動素子が衝撃吸収部に接触した状態の一例を示す模式図である。図２は本発明の第一の実施形態に係る容器体に設けた衝撃吸収部の位置を示す模式図である。図３は圧電振動素子の一例を示す斜視図である。図４は本発明の第一の実施形態に係る容器体の一例を示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る容器体１０Ａは、一方の主面側に第一凹部１１が形成されており、その第一凹部１１の中にさらに第二凹部１２が形成された構造となっている。
以後、この容器体１０Ａが用いられる圧電振動子について説明する。

図１（ａ）に示すように、圧電振動子１００は、容器体１０Ａと、圧電振動子３０と、蓋体４０とから主に構成されている。
図３に示すように、圧電振動素子３０は、例えば、圧電材料に水晶を用いた圧電片３１を音叉型に形成して用いられる。この音叉型の圧電振動素子は、固定端側を基部３２とし、この基部３２から平行に延出する２本一対の振動腕部３３が形成された状態となっている。この振動腕部３３に金属材料を設けて所定の電極膜３４としている。この電極膜３４のほかに、周波数を調整するための重り部３５も形成されている。この重り部３５や電極膜３４は、自由端となる振動腕部３３の先端にまで設けられている。
振動腕部３３に設けられた電極膜３４は、基部３２の端部まで達するように形成され（図示せず）、容器体１０Ａから通電できるようになっている。
この圧電振動素子３０は、導電性接着材Ｄにより容器体１０Ａに設けられた搭載パッドＰに電気的、機械的に接合される（図１（ａ）参照）。

図１（ａ）及び図４に示すように、容器体１０Ａは、平面視で矩形形状となっており、一方の主面に第一凹部１１が形成されている。この第一凹部１１の内部に第二凹部１２が形成されている。
第二凹部１２は、第一凹部１１よりも小さく形成されている。したがって、第一凹部１１の底面が長手方向の一方の端部側に形成されている。この底面に圧電振動素子３０を搭載するための２つ一対の搭載パッドＰが設けられている。つまり、第二凹部１２は、圧電振動素子３０を搭載する位置より低い位置が底面となっている。
また、容器体１０Ａの他方の主面には、図示しないマザーボードなどの配線基板に搭載するための外部端子Ｇが設けられている。
なお、この容器体１０Ａは、例えば、グリーンシート法によってセラミックスにより形成されている。

この容器体１０Ａには、第二凹部１２内に衝撃吸収部２０が設けられている。
この衝撃吸収部２０は、容器体１０Ａの搭載パッドＰに後述する圧電振動素子３０を搭載した場合に、その圧電振動素子３０の自由端側であって、その先端よりも固定端側に寄った位置に設けられている。また、この衝撃吸収部２０は、その高さが圧電振動素子３０に接触しない程度の高さとなっている。

衝撃吸収部２０の位置は、以下のような関係を有している。
図２に示すように、圧電振動素子３０の導電性接着材Ｄが付着しない位置から自由端の先端までの長さをａ、第二凹部１２から圧電振動素子３０の自由端の先端までの高さをｂ、衝撃吸収部２０の高さをｃ、圧電振動素子３０の固定端側に近い第二凹部１２の側面位置からの衝撃吸収部２０の最も離れた面までの距離をｘとした場合、以下の式（１）となるように設けるのが良い。
ａ−ａ×ｃ／ｂ＜ｘ＜ √（ａ^２−（ｂ−ｃ）^２）・・・式（１）
ここで、ｘが（ａ−ａ×ｃ／ｂ）よりも小さいと、衝撃吸収部２０を起点にして圧電振動素子３０が撓み、自由端のさらに先端が容器体１０に接触して、圧電振動素子３０の振動腕部３３が折れたり、金属材料が剥がれたりする恐れがある。
また、ｘが（√（ａ^２−（ｂ−ｃ）^２））よりも大きいと、圧電振動素子３０の自由端のさらに先端が衝撃吸収部２０に接触しない恐れがある。この場合、衝撃吸収部２０が役割を果たさなくなる。
したがって、このように構成することにより、図１（ｂ）に示すように、水晶振動素子３０が固定端側を回転軸として自由端が振れたとしても、水晶振動素子の自由端の先端が衝撃吸収部２０に接触して、容器体１０への接触を防ぐことができる。

また、衝撃吸収部２０はタングステンから構成されている。
このタングステンは、圧電振動素子として水晶を用いた場合、水晶よりも柔らかい材質のため、水晶からなる圧電振動素子３０が衝撃吸収部２０にぶつかったとしても、圧電振動素子３０が折れることはない。
なお、この衝撃吸収部２０は、スクリーン印刷により、容易に第二凹部１２内に形成することができる。

また、衝撃吸収部２０は、タングステン（Ｗ）のほかに、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、金（Ａｕ）のいずれかの材質からなる単一層構造で形成しても良い。
また、衝撃吸収部２０は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、金（Ａｕ）のいずれかの材質を下地層としてその表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造としても良い。
また、衝撃吸収部２０は、チタン（Ｔｉ）を下地層とし、この表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造としても良い。
この場合、従来周知の蒸着法やスパッタ法などを用いて衝撃吸収部２０を形成しても良い。

この衝撃吸収部２０を音叉型となる圧電振動素子の自由端、つまり、振動腕部の先端側に位置するように、第二凹部１２の底面に２つ一対で設けることにより、圧電振動素子３０が音叉型であっても落下による衝撃で振動腕部が振れたとしても、衝撃を吸収することができる。
なお、この衝撃吸収部長さは、２つ一対で形成される振動腕部３３、３３の幅とこの２つの振動腕部の間の長さを足した長さとしても良い。つまり、容器体１０Ａに１つの衝撃吸収部が設けられて、２つの振動腕部３３のそれぞれの衝撃を吸収することができるようになっていても良い。

図１及び図２に示すように、蓋体４０は、例えば、金属製の板状部材が用いられ、一方の主面に封止材Ｆを設けた構造となっている。この蓋体４０は、例えば真空雰囲気中で、封止材Ｆが設けられた面を容器体１０Ａの第一凹部１１側に向けて容器体１０Ａの一方の主面に載置し、封止材Ｆを溶融することにより容器体１０Ａに接合させる。これにより、蓋体４０で容器体１０Ａの第一凹部１１を気密封止することができる。なお、容器体１０Ａに予めメタライズ層Ｍを設けておくのが望ましい。

このようにして、本発明の第一の実施形態に係る容器体１０Ａを構成したので、圧電振動素子３０が容器体１０Ａに接触することがなくなり、搭載される圧電振動素子３０の落下による破損を防ぎ、また、圧電振動素子３０に設けられる金属材料の剥がれを防ぐことができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る容器体１０Ｂについて説明する。
図５は本発明の第二の実施形態に係る容器体を圧電発振器に用いた一例を示す模式図である。
以後、圧電発振器について説明する。なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図５に示すように、本発明の第二の実施形態に係る容器体１０Ｂは、一方の主面に第一凹部１１が設けられ、この第一凹部１１の内部に第二凹部１２が設けられ、他方の主面に第三凹部１３が設けられた構造となっている点で第一の実施形態と異なる。

このように構成される容器体１０Ｂは、圧電発振器２００として用いられる。
ここで、圧電発振器は、前記容器体１０Ｂと、衝撃吸収部２０と、圧電振動素子３０と、蓋体４０と、集積回路素子５０とから主に構成されている。

容器体１０Ｂの第一凹部１１の底面には圧電振動素子３０を搭載するための搭載パッドＰが設けられている。なお、衝撃吸収部２０は、第一の実施形態と同様の位置に設けられている。この状態で蓋体４０により第一凹部１１を気密封止している。
この容器体１０Ｂは、集積回路素子５０を搭載するための複数の集積回路素子搭載パッドＰＩＣが設けられており、所定の集積回路素子搭載パッドＰＩＣが水晶振動素子３０を搭載するための搭載パッドＰと接続している。

集積回路素子５０は、少なくとも発振回路を備えて構成されており、水晶振動素子３０を所定の周波数で発振できるようになっている。
この集積回路素子５０は容器体１０Ｂに設けられた第三凹部１３に搭載される。

これにより、本発明の第二の実施形態に係る容器体１０Ｂを構成しても、圧電振動素子３０が容器体１０Ｂに接触することがなくなり、搭載される圧電振動素子３０の落下による破損を防ぎ、また、圧電振動素子３０に設けられる金属材料の剥がれを防ぐことができる。

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態に係る容器体１０Ｃについて説明する。
図６は本発明の第三の実施形態に係る容器体を圧電発振器に用いた他の例を示す模式図である。
図６に示すように、本発明の第三の実施形態に係る容器体１０Ｃは、一方の主面に第一凹部１１が設けられ、この第一凹部１１の内部に第二凹部１２が設けられ、同一主面に第三凹部１４が設けられた構造となっている点で第一の実施形態と異なる。

このように構成される容器体１０Ｃは、圧電発振器３００として用いられる。
ここで、圧電発振器３００は、前記容器体１０Ｃと、衝撃吸収部２０と、圧電振動素子３０と、蓋体４０と、集積回路素子５０とから主に構成されている。

容器体１０Ｃの第一凹部１１の底面には圧電振動素子３０を搭載するための搭載パッドＰが設けられている。なお、衝撃吸収部２０は、第一の実施形態と同様の位置に設けられている。この状態で蓋体４０により第一凹部１１を気密封止している。
この容器体１０Ｃは、集積回路素子５０を搭載するための複数の集積回路素子搭載パッドＰＩＣが設けられており、所定の集積回路素子搭載パッドＰＩＣが水晶振動素子３０を搭載するための搭載パッドＰと接続している。

集積回路素子５０は、少なくとも発振回路を備えて構成されており、水晶振動素子３０を所定の周波数で発振できるようになっている。
この集積回路素子５０は容器体１０Ｃに設けられた第三凹部１４に搭載される。

これにより、本発明の第三の実施形態に係る容器体１０Ｃを構成しても、圧電振動素子３０が容器体１０Ｃに接触することがなくなり、搭載される圧電振動素子３０の落下による破損を防ぎ、また、圧電振動素子３０に設けられる金属材料の剥がれを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、圧電振動素子の材質を水晶として説明したがこれに限定されるものではなく、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電効果のある材質を適宜用いることができる。
また、容器体は、前記実施形態に限定されず、水晶振動素子が搭載される位置と衝撃吸収部が設けられる位置が式（１）の関係となっていれば、どのような形状となっていても良い。

（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る容器体を圧電振動子に用いた一例を示す模式図であり、（ｂ）は圧電振動素子が衝撃吸収部に接触した状態の一例を示す模式図である。本発明の第一の実施形態に係る容器体に設けた衝撃吸収部の位置を示す模式図である。圧電振動素子の一例を示す斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る容器体の一例を示す斜視図である。本発明の第二の実施形態に係る容器体を圧電発振器に用いた一例を示す模式図である。本発明の第三の実施形態に係る容器体を圧電発振器に用いた他の例を示す模式図である。

符号の説明

１００圧電振動素子
２００圧電発振器
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ容器体
１１第一凹部
１２第二凹部（凹部）
１３、１４第三凹部
２０衝撃吸収部
３０圧電振動素子
４０蓋体
５０集積回路素子

Claims

圧電片に励振電極を設けた圧電振動素子を搭載する容器体において、
前記容器体は、
前記圧電振動素子を搭載する位置より低い位置が底面となる凹部を有し、
前記凹部には衝撃吸収部が設けられており、
前記衝撃吸収部の高さは、前記圧電振動素子と接触しない高さであり、
前記衝撃吸収部が設けられている位置は、前記圧電振動素子の自由端となる位置から固定端側寄りの位置であり、また、前記圧電振動素子の自由端が前記凹部を構成する面に接触しない位置であり、更に、前記圧電振動素子の固定端側に近い前記凹部の側面位置からの前記衝撃吸収部の最も離れた面までの距離ｘが、前記圧電振動素子の導電性接着材が付着しない位置から自由端の先端までの長さをａ、前記凹部から前記圧電振動素子の自由端の先端までの高さをｂ、前記衝撃吸収部の高さをｃ、とした場合、次式を満たすことを特徴とする容器体。
（ａ−ａ×ｃ／ｂ）＜ｘ＜（ √（ａ ^２ −（ｂ−ｃ） ^２））
前記衝撃吸収部がタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、金（Ａｕ）のいずれかの材質からなる単一層構造又は、これらを下地層としてその表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造又は、チタン（Ｔｉ）を下地層とし、この表面に金（Ａｕ）を設けた二層構造からなることを特徴とする請求項１に記載の容器体。