JP5198135B2 - Piezoelectric vibrator and electronic component - Google Patents
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Description
本発明は、高い周波数安定度を有する圧電振動子と、これを用いた電子部品に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator having high frequency stability and an electronic component using the same.
圧電振動素である水晶振動子は、板状の水晶片の表裏両面に金、銀あるいはアルミニウム等の金属を例えば蒸着して電極を形成し、電極の重量を調整して固有振動数を調整しているが、この水晶振動子
は振動部である水晶片に直接電極が形成されている。このため電極による生じる応力が水晶片に直接伝わるので、電極の弾性疲労により電極の応力が経時的に変化し、この結果周波数安定度の劣化が起こってしまう。また副振動が発生しやすく、発振周波数のS/N比が悪い要因の一つにもなっている。
A crystal resonator, which is a piezoelectric vibrator, forms electrodes by depositing metal such as gold, silver, or aluminum on both the front and back sides of a plate-shaped crystal piece, and adjusts the weight of the electrode to adjust the natural frequency. However, in this crystal resonator, an electrode is directly formed on a crystal piece which is a vibration part. For this reason, since the stress generated by the electrode is directly transmitted to the crystal piece, the stress of the electrode changes with time due to the elastic fatigue of the electrode, and as a result, the frequency stability is deteriorated. In addition, secondary vibration is likely to occur, which is one of the factors that cause a bad S / N ratio of the oscillation frequency.
一方、ユーザーからはより一層高い周波数安定度を持った水晶振動子が求められており、メーカー側はその対応に苦慮している。高い周波数安定度が得られる水晶振動子としはBVA振動子と称する水晶振動子が知られている(非特許文献1)。この水晶振動子は、図11(a)に示すように主振動部用水晶片10を電極部用水晶片11,12で挟み、前記電極部用水晶片11,12に夫々隙間13,14を介して電極15,16を設けて構成される。また前記主振動部用水晶片10は、図11(b)に示すように周波数の安定度を高めるために凸レンズ形状に形成された主振動部17と、この主振動部17の外周縁を所定の間隔をあけて支持する支持部18a,18b,18c,18dと、これら支持部18a,18b,18c,18dに連結された枠部19とで構成される。このような構成にすることで、電極15,16の振動により生じる応力が主振動部17に直接伝わらないため、電極の応力変化による周波数安定度の劣化が防止され、性能の面では極めて優れている。その用途としては電子共鳴を利用した極めて高い周波数安定度を有する原子発振器等と併用されるか、あるいは原子発振器に近い用途に単独で使用される。
On the other hand, users demand crystal oscillators with even higher frequency stability, and manufacturers are struggling to deal with them. As a crystal resonator capable of obtaining high frequency stability, a crystal resonator called a BVA resonator is known (Non-Patent Document 1). In this crystal resonator, as shown in FIG. 11A, a
上述した前記主振動用水晶片10は、一つの水晶片から機械的に切り出し、そして凸レンズ形状の主振動部17及び支持部18を加工形成している。また前記電極部用水晶片11,12は、同様に一つの水晶片から機械的に切り出し、そして電極部用水晶片11,12の一方の面に主振動部17と電極部用水晶片11,12との間に隙間13,14を形成するための凹部を加工形成している。しかしながら、このような加工形成は長い処理時間と特殊技能を有し、コストが極めて高い。また近年、BVA振動子の小型化が求められており、上述した水晶振動子で小型化を図るにあたって凸レンズ形状の主振動部17及び支持部18などを加工形成することが極めて困難である。
The above-described main
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い周波数安定度を得ることができると共に、小型化を図る上で好適である新規な水晶振動子を提供することにある。また他の目的はこの水晶振動子を用いた電子部品を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a novel crystal resonator that can obtain high frequency stability and is suitable for downsizing. . Another object is to provide an electronic component using the crystal resonator.
本発明に係る圧電振動子は、短冊状の圧電片からなる振動板と、
この振動板の両面側に夫々当該振動板に対して対向しかつ離間して設けられ、当該振動板に電圧を印加するための電極が振動板側に形成された第1の電極板及び第2の電極板と、
前記振動板、第1の電極板及び第2の電極板を片持ちで支持するための支持部と、を備え、
前記振動板における振動領域と支持部により支持される支持領域との間に、当該振動領域及び支持領域を弾性的に分離するための分離部が形成されていることを特徴とする。
A piezoelectric vibrator according to the present invention includes a diaphragm made of a strip-like piezoelectric piece,
A first electrode plate and a second electrode which are provided on both sides of the diaphragm so as to face and separate from the diaphragm, and electrodes for applying a voltage to the diaphragm are formed on the diaphragm side. Electrode plate,
A support portion for supporting the diaphragm, the first electrode plate and the second electrode plate in a cantilever manner,
A separation portion for elastically separating the vibration region and the support region is formed between the vibration region of the diaphragm and the support region supported by the support portion .
この発明のより具体的な態様を列挙する。
前記支持部は、振動板と第1の電極板及び第2の電極板との間に夫々介在し、振動板と電極板との間の離間距離を規制する離間用中間部材を含む。この離間用中間部材は、振動板の幅方向に伸びる棒状体である。
More specific embodiments of the present invention will be listed.
The support portion includes a separation intermediate member that is interposed between the vibration plate and the first electrode plate and the second electrode plate, respectively, and regulates a separation distance between the vibration plate and the electrode plate. The separation intermediate member is a rod-like body extending in the width direction of the diaphragm.
前記支持部は、第1の電極板における振動板とは反対側の面から第2の電極板における振動板とは反対側の面に亘って配置され、前記振動板、第1の電極板及び第2の電極板の組立体に対して接着手段により固定されたコ字型部材を含む。前記第1の電極板における振動板とは反対側の面には、振動板側の電極に接続された引き出し電極が設けられ、前記コ字型部材はこの引き出し電極を第2の電極板における振動板とは反対側の面に設けられた端子に電気的に引き出すための導電路を兼用している。この場合、前記コ字型部材は第1の電極板に設けられた電極と第2の電極板側に設けられた端子とを電気的に接続するための引き出し用導電路を兼用している。また第1の電極板及び第2の電極板は、誘電体により構成された板状体に電極をなす電極膜が形成されて構成されている。 The support portion is disposed from a surface of the first electrode plate opposite to the diaphragm to a surface of the second electrode plate opposite to the diaphragm, the diaphragm, the first electrode plate, A U-shaped member fixed to the second electrode plate assembly by an adhesive means is included. A lead electrode connected to the electrode on the diaphragm side is provided on the surface of the first electrode plate opposite to the diaphragm, and the U-shaped member uses the lead electrode to vibrate on the second electrode plate. It also serves as a conductive path for electrically drawing out to a terminal provided on the surface opposite to the plate. In this case, the U-shaped member also serves as a lead-out conductive path for electrically connecting the electrode provided on the first electrode plate and the terminal provided on the second electrode plate side. The first electrode plate and the second electrode plate are configured by forming an electrode film that forms an electrode on a plate-like body made of a dielectric.
本発明によれば、短冊状の圧電片からなる振動板の両面側に、振動板に電圧を印加するための電極が形成された一対の電極板を夫々当該振動板に対して離間して設け、これら振動板及び一対の電極板を片持ちで支持しているため、電極の応力が振動板に影響しないため、長期間に亘って高い周波数安定度が得られ、また副振動が発生しにくい。そして振動板における振動領域と支持部により支持される支持領域との間に、当該振動領域及び支持領域を弾性的に分離するための分離部例えば貫通孔を形成すれば、支持部に発生する応力が振動領域に伝わることが抑えられるので、振動領域の平坦性が維持でき、このため周波数の長期安定度への悪影響を抑えることができる。また振動板が短冊状であり、片持ちの支持構造を採用しているので、加工がしやすく、そのため容易に小型化を図ることができる。 According to the present invention, the pair of electrode plates on which the electrodes for applying a voltage to the diaphragm are formed on both sides of the diaphragm composed of strip-shaped piezoelectric pieces are provided separately from the diaphragm. Since the diaphragm and the pair of electrode plates are supported in a cantilever manner, the stress of the electrode does not affect the diaphragm, so that high frequency stability can be obtained over a long period of time, and secondary vibration is hardly generated. . Then, if a separation part for elastically separating the vibration area and the support area, for example, a through hole, is formed between the vibration area of the diaphragm and the support area supported by the support part, the stress generated in the support part Can be prevented from being transmitted to the vibration region, so that the flatness of the vibration region can be maintained, and therefore, adverse effects on the long-term stability of the frequency can be suppressed. Further, since the diaphragm has a strip shape and employs a cantilever support structure, it is easy to process, and therefore can be easily downsized.
本発明の圧電振動子である水晶振動子に係る実施の形態は、図1から図3に示すように短冊状の圧電片である厚みすべり水晶片からなる振動板1の両面側に、夫々例えば当該振動板1のサイズと同じサイズの第1の電極板2及び第2の電極板3を当該振動板1に離間して対向して配置し、これら振動板1及び電極板2、3を例えば短冊形状の短辺側にて片持ちで支持するように構成されている。振動板1は例えば等価厚みが1μm〜300μm、例えば185μmの厚さに設定されている。図面では振動板1及び電極板2、3の厚さは誇張して記載してある。振動板1の一縁側(短辺側の縁部)において、当該振動板1の一面と第1の電極板2との間、及び当該振動板1の他面と第2の電極板3との間には、夫々当該振動板1の幅方向(短辺方向)に沿って伸びる角型の棒状体である離間用中間部材4、4が介在している。これら離間用中間部材4、4は、振動板1と第1の電極板2、3との離間距離を規制する役割を有し、この離間距離は、電極板2、3により形成される電界が振動板1に印加されるに十分に小さい距離とされ、例えば50μm以下例えば20μmに設定される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the embodiments relating to the crystal resonator which is a piezoelectric resonator of the present invention are respectively provided on both sides of the
図1、2中の上側の第1の電極板2は、誘電体例えば水晶片20と、この水晶片20の振動板1側の全面から振動板1とは反対側の面における一方の側縁部に亘って形成された電極膜とを備えている。なお電極膜は図示の便宜上、多点を付して示している。この電極膜のうち振動板1側の全面の部分が励振電極21として作用し、反対側の面の部分が引き出し電極22の役割を有する。ここで便宜上、前記一方の側縁側を右側、他方の側縁側を左側として説明を進める。図1、2中の下側の第2の電極板3についても、誘電体例えば水晶片30と、この水晶片30の振動板1側の全面から振動板1とは反対側の面における左の側縁部(他方の側縁部)に亘って形成された電極膜(斜線部分)とを備えている。この電極膜のうち振動板1側の全面の部分が励振電極31として作用し、反対側の面の部分が引き出し電極32の役割を持つものである。
The
図中5は、少なくとも表面が導電体からなる例えば金属からなるコ字型部材であり、このコ字型部材5の上端側の屈曲面が第1の電極板2の引き出し電極22と重なって接触すると共に、下端側の屈曲面が第2の電極板3における振動板1とは反対側の面に接触するように、振動板1及び電極板2、3の組立体と当該コ字型部材5とが噛み合っている状態となっている。そしてコ字型部材5と組立体との間には導電性接着剤が介在しており、このため引き出し電極22からコ字型部材5の下側の屈曲面まで導電路が形成され、当該下側の角型の屈曲面が本発明の水晶振動子の一方の端子23を構成する。
In the figure,
また図中6は、少なくとも表面が導電体からなる例えば金属からなるL字型部材であり、このL字型部材6は前記組立体の端面から第2の電極板3における引き出し電極32に亘って伸びるように当該組立体に導電性接着剤を介して接着されている。このL字型部材6の下面は引き出し電極32と重なっていて角型をなしており、この角型部分は本発明の水晶振動子の他方の端子33を構成する。
In the figure,
こうして振動板1及び両電極板2、3は離間用中間部材4、4を介して離間された状態となり、更にコ字型部材5を導電性接着剤を介して組立体に嵌め込むことにより当該振動板1及び両電極板2、3が片持ちで支持された格好になる。この例では、離間用中間部材4、4、コ字型部材5及びL字型部材6は、振動板1及び電極板2、3を片持ちで支持する支持部をなすものである。
またコ字型部材5と電極22との接合あるいはL字型部材6と電極32との接合については、導電性接着剤に限られるものではなく、他の手法例えば共晶合金の形成という手法であってもよい。なおL字型部材6は、組立体の接合強度を大きくする役割と他方の端子33を構成する役割とを有するが、本発明ではL字型部材6の代わりに平坦板を用い、この平坦板を引き出し電極32に重ねることにより端子33を構成するようにしてもよい。
前記振動板1の支持部分の近傍には、支持領域(離間用中間部材4と接している領域)による応力が振動領域に影響を及ぼさないようにするために、弾性的な分離部である3つの長方形状の貫通孔7が形成されている。即ちこの貫通孔7は、振動領域と支持領域とを区分し、支持領域の不要応力を振動領域に伝達しないようにしている。また前記この例では振動板1における前記支持部により支持される領域、この例では離間用中間部材4と接触している領域よりも振動領域側(支持部から見て先端側)に形成されているが、離間用中間部材4と接触している領域にまで入り込む場合には、離間用中間部材4は、貫通孔7が設けられたことによる振動板1の強度不足を補うための補強部材としての役割も持つことになる。
Thus, the
Further, the bonding of the
In the vicinity of the support portion of the
以上のような水晶振動子は次のようにして製造することができる。図4は水晶ウエハ100の一部分を示しており、水晶ウエハ100に短冊状の振動板1をウエットエッチングにより形成すると共に、同様にして第1の電極板2及び第2の電極板3のうちの電極保持体に相当する水晶片20、30についても同様にして水晶ウエハから形成する。水晶片20、30についてはスパッタリングなどにより既述のようにして電極膜を形成しておく。そして例えば振動板1に離間用中間部材4を接着した後、振動板1及び電極板2、3を水晶ウエハから切り取り、これらを重ね合わせ、その後にこの組み立て体に対してコ字型部材5とL字型部材6とを接着する。
The crystal unit as described above can be manufactured as follows. FIG. 4 shows a part of the crystal wafer 100. A strip-shaped
図5は、上述の水晶振動子(符号200を割り当てる)をパッケージ化した電子部品であり、上面が開口している扁平な角型の例えばセラミックスからなるパッケージ本体81と蓋82とからなるパッケージ8内に水晶振動子200が収納されている。パッケージ8の底部に幅方向に離間して形成された2個の電極91(図5(a)では1個しか見えない)と水晶振動子200側の端子23、33とが例えば導電性接着剤により接着されている。この電極91は、パッケージ8の底部を貫通する導電路93を通じて当該底部の下面(外面)に設けられた2個の電極パッド(図5(b)参照)に電気的に接続されている。なお95、95は水晶振動子200における電極パッド94とは反対側の縁部付近を支持するためのダミー電極である。図6はこの電子部品を示す分解斜視図であり、蓋体82には排気孔を構成するリング体83が設けられている。このリング体83を介してパッケージ8内が真空排気され、当該リング体83を塞ぐことによりパッケージ8内が真空雰囲気に保持される。なお排気孔としてはリング体83の代わりに蓋体82に穿設した孔であってもよい。このように構成すれば、パッケージ8内の雰囲気中における残留ガス成分特に水分量が低減されるため、振動板1や電極21、31への残留ガス成分の吸着が抑えられ、周波数の長期安定性能が良好になる。
FIG. 5 shows an electronic component in which the above-described crystal resonator (assigned with reference numeral 200) is packaged. The package 8 is composed of a
このような水晶振動子では、次のような作用、効果がある。振動板1と離間している励振電極21、31間に電極パッド94、94を介して直流電圧が印加されると、前記離間距離は電界を振動板1に印加するために十分小さいので、振動板(水晶片)1が発振する。そして励振電極21、31は振動板1から離れていることから、励振電極21、31の振動による応力が振動板1に対して直接伝わらないため、高い周波数長期安定度が得られる。
そして振動板1に貫通孔7を設けて支持領域と振動領域とを分離したため、支持部による応力が振動領域影響を及ぼすことが低減され、即ち振動領域の平坦性が維持でき、このため周波数の長期安定度への悪影響を抑えることができる。また振動板1が短冊状であり、片持ちの支持構造を採用しているので、加工がしやすく、そのため容易に小型化を図ることができる。
Such a crystal resonator has the following operations and effects. When a DC voltage is applied between the
And since the support area | region and the vibration area | region were isolate | separated by providing the through-
また振動板1において支持領域と振動領域とを弾性的に分離するための分離部としては、貫通孔7に限らず図7に示すように、振動板1の短辺と平行で振動領域側の厚さが支持部側よりも厚くなるように構成された段差部71であってもよいし、あるいは振動板1の短辺と平行に伸びる溝部や凸条部であってもよい。そしてまた電極板2、3にも同様に分離部を設けてもよい。図8の例では電極板2、3の各々に、既述の実施の形態で示した振動板1の貫通孔に対応する位置に同様に貫通孔72を設けた例を示してある。また離間用中間部材4、4とコ字型部材5とが一体化していてもよい。なお振動板の長辺側にて片持ちで支持するようにしてもよい。
In addition, the separating portion for elastically separating the support region and the vibration region in the
1 振動板
2 第1の電極板
3 第2の電極板
21、31 励振電極
22、32 引き出し電極板
4 離間用中間部材
5 コ字型部材
6 L字型部材
7 貫通孔
71 段差部
8 パッケージ
200 水晶振動子
DESCRIPTION OF
Claims (9)
この振動板の両面側に夫々当該振動板に対して対向しかつ離間して設けられ、当該振動板に電圧を印加するための電極が振動板側に形成された第1の電極板及び第2の電極板と、
前記振動板、第1の電極板及び第2の電極板を片持ちで支持するための支持部と、を備え、
前記振動板における振動領域と支持部により支持される支持領域との間に、当該振動領域及び支持領域を弾性的に分離するための分離部が形成されていることを特徴とする圧電振動子。 A diaphragm made of a strip-shaped piezoelectric piece;
A first electrode plate and a second electrode which are provided on both sides of the diaphragm so as to face and separate from the diaphragm, and electrodes for applying a voltage to the diaphragm are formed on the diaphragm side. Electrode plate,
A support portion for supporting the diaphragm, the first electrode plate and the second electrode plate in a cantilever manner,
A piezoelectric vibrator, wherein a separation portion for elastically separating the vibration region and the support region is formed between a vibration region of the diaphragm and a support region supported by the support portion .
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