JP5459352B2 - Vibrating piece - Google Patents
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Description
本発明は振動片に係り、特に振動部の厚み寸法を周辺部よりも大きくしたメサ型の振動片に関する。 The present invention relates to a resonator element, to mesa resonator element greater in particular than the peripheral portion of the thickness of the vibrating section.
小型化、薄型化の傾向にある近年の圧電振動片において、振動エネルギーの閉じ込め、CI(クリスタルインピーダンス)値の低減を目的として、メサ構造を採るものは知られている。
ここで、メサ構造とは、その特性が適正に作用した場合には上記のように振動エネルギーの閉じ込め、CI値の低減といった効果を奏する他、不要モードの重畳を低減することを可能とする。しかし、メサ構造を得るための基板の掘り量が適正範囲を超えてしまうと、再び不要モードの重畳(結合)が多くなると共に、基板表面にはエッチング喰われ等による孔などが形成される他、オーバーエッチングなどにより外形形状にバラツキが生ずることもあり、振動特性にも悪影響を及ぼすこととなる。そこで、メサ構造を得るための基板の掘り量の最適値を定めた圧電振動片の提供が提案されてきている。例えば特許文献1に開示されている技術などがそれである。
2. Description of the Related Art In recent piezoelectric vibrating pieces that are becoming smaller and thinner, it is known to adopt a mesa structure for the purpose of confining vibration energy and reducing CI (crystal impedance) value.
Here, the mesa structure exhibits effects such as confinement of vibration energy and reduction of the CI value as described above when its characteristics act appropriately, and it is possible to reduce superposition of unnecessary modes. However, if the digging amount of the substrate for obtaining the mesa structure exceeds the appropriate range, the unnecessary mode overlaps (bonds) again, and holes such as etching erosion are formed on the substrate surface. Further, the outer shape may vary due to over-etching or the like, and the vibration characteristics will be adversely affected. Accordingly, it has been proposed to provide a piezoelectric vibrating piece in which an optimum value of the amount of substrate digging for obtaining a mesa structure is determined. For example, this is the technique disclosed in
特許文献1には、水晶基板の長辺寸法を基板の厚み寸法の20倍以上とし、メサ構造を得るための基板の掘り量を厚み寸法の10%〜30%程度とすることが記載されている。
メサ掘り量、辺比(水晶基板の長辺寸法/厚み寸法)を上記のように定めることによれば、確かにCI値の低減、不要モード結合の抑制効果を期待することができる。しかし、CI値の低減、不要モードの結合抑制といった効果は、上記要件に合致していれば一律に奏することができる訳ではなく、辺比とメサ掘り量との関係により多寡が生ずることが知られてきている。 By determining the mesa digging amount and the side ratio (long side dimension / thickness dimension of the quartz substrate) as described above, it is possible to surely reduce the CI value and suppress the unwanted mode coupling. However, the effects of reducing the CI value and suppressing the coupling of unnecessary modes cannot be achieved uniformly if the above requirements are met, and it is known that variations occur due to the relationship between the edge ratio and the amount of mesa digging. It has been.
そこで、本発明では、CI値の低減、不要モードの結合抑制に対して特に有意な効果を奏するためのメサ掘り量を有する圧電振動片を提供することを目的とする。また本発明では、前記構成に加え、不要モードの結合抑制に関してさらなる優位性を得るための構成を備えた圧電振動片を提供することも目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece having a mesa digging amount for achieving a particularly significant effect on reducing CI value and suppressing coupling of unnecessary modes. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece having a configuration for obtaining further superiority in connection with suppression of unwanted mode coupling in addition to the above configuration.
上記目的を達成するための本発明のある実施形態に係る振動片は、厚み滑り振動で振動する振動部、及び前記振動部よりも厚みが薄く、前記振動部の外縁に沿って前記振動部に一体的に設けられている周辺部を含む素板と、前記振動部の主面に設けられている励振電極と、を含み、前記厚み滑り振動の振動方向に沿った前記素板の寸法をxとし、前記振動部の厚み寸法をtとし、前記振動方向に沿った前記振動部の寸法をMxとし、前記振動方向に沿った前記励振電極の寸法をExとし、前記振動方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Mx=2×(n/2+1/4)×λ、但しnは正の整数、
(Mx−Ex)/2=λ/2
を満足し、
前記tと前記周辺部の厚みの差を前記tで割り、百分率で表した値をyとしたとき、
y=−0.89×(x/t)+34±3 (%)
16.2≦x/t≦26.3、但しx/t≧20の範囲を除く、
を満足していることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記素板がATカット水晶で構成されていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記振動方向と交差する前記素板の一方の端部から前記段差部までの寸法をdxとし、前記素板と実装基板とを固定している接着剤の前記振動方向に沿った寸法をSxとしたとき、
0.1≦Sx<dx−0.05 (mm)
を満足していることを特徴とする。
[適用例1]適用例1に係るメサ型圧電振動片は、厚み滑り振動を主振動とする圧電基板の板面に、周辺部よりも厚み寸法の大きい振動部を形成したメサ型の圧電振動片であって、段差部の堀量yは、圧電基板の長辺の寸法をx、振動部における圧電基板の厚み寸法をtとした時に、板厚tを基準として、
の関係を満足するように定められることを特徴とする。このような構成とすることにより、堀量の割合をCI値の特性変化がフラットとなる最小の値に設定することができる。このため、エッチング時間を必要最低限の時間とすることができ、エッチング喰われによる圧電振動片の形状のバラツキを抑えることができる。また、堀量を少なく抑えることができ、不要振動との結合が少ないため、振動特性の悪化を招くこと無くCI値を低下させることができる。すなわち、設計余裕度の高い圧電振動片を提供することが可能となる。
In order to achieve the above object, a resonator element according to an embodiment of the present invention includes a vibrating portion that vibrates by thickness-shear vibration, and a thickness that is thinner than the vibrating portion. Including a base plate including a peripheral portion provided integrally and an excitation electrode provided on a main surface of the vibration portion, wherein a dimension of the base plate along a vibration direction of the thickness-shear vibration is x The thickness dimension of the vibration part is t, the dimension of the vibration part along the vibration direction is Mx, the dimension of the excitation electrode along the vibration direction is Ex, and the element along the vibration direction is When the wavelength of the bending vibration generated in the plate is λ,
Mx = 2 × (n / 2 + 1/4) × λ, where n is a positive integer,
(Mx−Ex) / 2 = λ / 2
Satisfied,
When the difference between the thickness of the t and the peripheral portion is divided by the t, and the value expressed as a percentage is y,
y = −0.89 × (x / t) + 34 ± 3 (%)
16.2 ≦ x / t ≦ 26.3, except for the range of x / t ≧ 20,
It is characterized by satisfying .
A vibrating piece according to another embodiment of the present invention is characterized in that the base plate is made of an AT cut crystal.
In a resonator element according to another embodiment of the present invention, a dimension from one end portion of the base plate crossing the vibration direction to the stepped portion is dx, and the base plate and the mounting substrate are fixed. When the dimension along the vibration direction of the adhesive is Sx,
0.1 ≦ Sx <dx−0.05 (mm)
It is characterized by satisfying.
[Application Example 1] The mesa-type piezoelectric vibrating piece according to Application Example 1 is a mesa-type piezoelectric vibration in which a vibration part having a thickness dimension larger than that of a peripheral part is formed on a plate surface of a piezoelectric substrate having thickness shear vibration as a main vibration. The height y of the stepped portion is the length of the piezoelectric substrate x, and the thickness of the piezoelectric substrate in the vibrating portion is t.
It is determined to satisfy the relationship. With such a configuration, the ratio of the moat amount can be set to the minimum value at which the change in the characteristic of the CI value becomes flat. For this reason, the etching time can be set to the minimum necessary time, and variations in the shape of the piezoelectric vibrating piece due to the etching biting can be suppressed. Further, since the amount of moat can be reduced and the coupling with unnecessary vibration is small, the CI value can be reduced without causing deterioration of vibration characteristics. That is, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece with a high design margin.
[適用例2]適用例2に係るメサ型圧電振動片は、辺比x/tが30以下とすることが望ましい。辺比が30より高くなると、算出される堀量の値が著しく小さくなるため、振動部を形成する効果が、振動部を形成するための時間と工程数に見合わなくなってしまう。よって、辺比x/tが30以下の圧電基板に対してyを求めて堀量を定め、振動部を形成することにより、時間と工程数に見合った効果を得ることができるようになる。 Application Example 2 In the mesa-type piezoelectric vibrating piece according to Application Example 2, it is preferable that the side ratio x / t is 30 or less. When the side ratio is higher than 30, the calculated value of the moat amount is remarkably reduced. Therefore, the effect of forming the vibration part is not matched with the time and the number of steps for forming the vibration part. Therefore, by obtaining y for a piezoelectric substrate having a side ratio x / t of 30 or less, determining the amount of moat, and forming the vibration part, an effect commensurate with time and the number of steps can be obtained.
[適用例3]適用例3に係るメサ型圧電振動片は、厚み滑り振動を主振動とする圧電基板の板面に、周辺部よりも厚み寸法の大きい振動部を形成したメサ型の圧電振動片であって、長辺方向の一方の端部から段差部までの寸法をdxとした場合、前記圧電振動片を実装基板に実装する際に塗布される導電性接着剤の塗布範囲における長辺方向寸法Sxを、
の範囲で定めたものであっても良い。このような範囲で接合範囲Sxを定めることによれば、不要モードの結合を抑制しつつCI値の低下も促すことが可能となる。
また、上記構成は、上述した特徴を有するメサ型圧電振動片に適用することもできる。
[Application Example 3] The mesa-type piezoelectric vibrating piece according to Application Example 3 is a mesa-type piezoelectric vibration in which a vibration part having a thickness dimension larger than that of the peripheral part is formed on a plate surface of a piezoelectric substrate whose thickness vibration is a main vibration. Long side in the application range of the conductive adhesive applied when the piezoelectric vibrating reed is mounted on a mounting board, where dx is a dimension from one end part in the long side direction to the step part. The direction dimension Sx is
It may be determined within the range. By determining the joining range Sx within such a range, it is possible to promote a decrease in the CI value while suppressing coupling of unnecessary modes.
The above configuration can also be applied to a mesa-type piezoelectric vibrating piece having the above-described characteristics.
以下、本発明のメサ型圧電振動片に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明の一部の実施形態に過ぎない。
図1は本発明に係るメサ型圧電振動片(以下、単に圧電振動片と称す)10の形態を示す図である。なお、図1(A)は圧電振動片の平面形状を示す図であり、図1(B)は同図(A)のA−A断面を示す図である。本実施形態の圧電振動片10は、厚み滑り振動を主振動とする圧電基板の板面に、周辺部16よりも板厚の厚い振動部14を形成したメサ型のものである。具体的には、本実施形態に係る圧電振動片10を構成する圧電基板12は、ATカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶片であり、その外形形状、および振動部14の形状は矩形に形成されている。また、振動部14の各辺部は、外形形状を成す圧電基板12の各辺部と平行に形成されており、振動部14の板厚寸法tと周辺部16の板厚寸法t´との差を板厚寸法tに対する百分率で表した値であるメサ堀量Mdは、30%以下とすることが一般的である。
Hereinafter, embodiments of the mesa-type piezoelectric vibrating piece of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the embodiments described below are only some of the embodiments of the present invention.
FIG. 1 is a diagram showing a form of a mesa-type piezoelectric vibrating piece (hereinafter simply referred to as a piezoelectric vibrating piece) 10 according to the present invention. 1A is a diagram illustrating a planar shape of the piezoelectric vibrating piece, and FIG. 1B is a diagram illustrating a cross-section taken along the line AA in FIG. The
ここで、振動部14は、周辺部16に伝搬する不要モード(例えば屈曲モード)の振幅の腹の部分に、周辺部16との境界を成す段差部が位置するように形成すると良い。このような構成とすることにより不要モードを抑圧することができ、振動特性を良好に保つことができるからである(図2参照)。具体的には、数式1で示すような既知の範囲で示すことができる。なお、数式1においてλは屈曲モードの周期を示し、Mxは振動部における長辺寸法を示す。
Here, the
このような形状の圧電基板12の振動部14には、励振電極18が形成されており、周辺部16における一方の端部には支持部20が形成されている。そして、前記励振電極18と支持部20との間には、接続電極19が引き回されている。また、振動部14の長辺寸法Mxと、励振電極18の長辺寸法Exとの関係が、数式2で示す関係を満足する場合に不要モードである屈曲振動の抑制効果を得ることも知られている(図2参照)。
An
このような構成の圧電振動片10について、振動部14を形成する際の圧電基板12のメサ堀量MdとCI値との関係について、実験とシミュレーションを実施した結果、図3に示すような傾向を導き出すことができた。図3に示された傾向によると、圧電振動片10のCI値は、メサ堀量Mdの割合を増加させることにより低下する傾向にあるが、メサ堀量Mdがある値(図3では約15%)に達すると、それ以降はメサ堀量Mdの割合を増加させてもCI値の特性変化はほとんど無く、略フラットな状態となることを読み取ることができる。なお、図3に示すメサ堀量MdとCI値との関係は、圧電基板12の長辺寸法xに対する辺比x/tが21.3、すなわち振動部14の板厚寸法tに対する長辺寸法xの比が21.3の圧電振動片に関するものである。
With respect to the piezoelectric vibrating
本願発明者等は、上記のような傾向を調査していく上で、メサ堀量MdとCI値との関係には図4に示すような傾向があることも見出した。図4は、辺比x/tを16.2から26.3までの間で異ならせた圧電振動片について、メサ堀量Mdを種々変化させた場合におけるメサ堀量MdとCI値との関係を示す図である。図4から読みとれるように、辺比x/tは、メサ堀量MdとCI値との関係に影響をおよぼし、辺比x/tが小さいほどCI値の特性変化がフラットとなるメサ堀量Mdの割合が大きくなるということを読み取ることができる。 The inventors of the present application have found that the relationship between the mesa excavation amount Md and the CI value has a tendency as shown in FIG. FIG. 4 shows the relationship between the mesa excavation amount Md and the CI value when the mesa excavation amount Md is variously changed with respect to the piezoelectric vibrating piece with the side ratio x / t varied from 16.2 to 26.3. FIG. As can be read from FIG. 4, edge ratio x / t affects the relationship between the mesa etching depth Md and the CI value, the mesa characteristic change of the CI value higher fineness ratio x / t is less it becomes flat etching depth It can be read that the ratio of Md increases.
図1に示すような、いわゆるメサ型の圧電振動片10を形成する場合、まず、ウエハ(不図示)の主面上にレジスト膜等の保護膜を形成し、露光・現像を施すことで複数の個片領域を形成したマスクを形成する。このマスクを利用してウエハをエッチングすることで、ウエハ上に複数の圧電基板の外形形状を形成する。なお、メサ部(振動部14)は、マスクの形成、エッチングの工程を段階的に行うことで形成することができる。個片単位の圧電基板の外形形状を形成した後、蒸着やスパッタ等の技術を利用してウエハ主面に電極膜を構成する金属膜(例えばクロムを下地とした金)を形成する。その後、金属膜上に保護膜を形成し、外形形状の形成と同様にしてエッチングを施し、所望する電極パターンを得る。このようにしてバッチ処理された圧電基板は、ウエハから切り離されることで個片化される。
In the case of forming a so-called mesa-type
ここで、圧電基板12の表面には、結晶異常による欠陥など、エッチングレートの異なる箇所が存在することより、外形形成の過程においてメサ堀量Mdを得るためのエッチング時間を長くした場合には、結晶欠陥の進行(エッチング喰われ)により周辺部16の板面に貫通孔が形成されてしまったり、保護膜の劣化により圧電基板12の外形形状が崩れたりすることがある。結晶欠陥や外形形状の崩れは、個々の基板毎に状態が異なることとなる。このため、エッチング時間が延長されることにより、エッチング喰われ等の影響が大きくなり、形成される圧電振動片10の特性のバラツキが大きくなることとなる。
Here, when the etching time for obtaining the mesa excavation amount Md in the process of forming the outer shape is increased because the surface of the
また、メサ堀量Mdを設けることにより、主要モード(厚み滑り振動)を振動部14に集中させることができ、不要モード(例えば屈曲振動)の結合を抑制することが可能となる一方で、メサ堀量Mdの割合がある範囲を超えた場合には、振動部14自体が単離した振動片とみなされ、振動部14自体に不要モードが発生し、不要モードの結合割合が増加するという傾向にある。
Further, by providing the mesa etching depth Md, the main mode (thickness shear vibration) can be concentrated in the
このため、メサ堀量Mdとして、CI値の特性変化がフラットとなる最少の値を選択することができれば、エッチング喰われの影響や不要モードの結合を抑えることができ、良好な振動特性を持った圧電振動片10を得ることができるものと考えられる。
For this reason, if the minimum value at which the change in the CI value characteristic becomes flat can be selected as the mesa moat amount Md , the influence of etching erosion and unwanted mode coupling can be suppressed, and the vibration characteristics are excellent. It is considered that the piezoelectric vibrating
上述した傾向から推察すると、辺比が高くなった場合(例えば図4における辺比26.3の場合)、メサ堀量Mdを5%程度とした場合であってもCI値の低減効果は十分に期待することができると考えることができる。しかし、本願発明者等は、CI値の低減を図ることのできる範囲のメサ堀量であっても、堀量が十分でない場合、圧電基板12の幅寸法(短辺寸法)Z’を変化させた際に不要モードの結合が増大する可能性があることを見出した。
As inferred from the above-described tendency, when the edge ratio is high (for example, the edge ratio is 26.3 in FIG. 4), even if the mesa moat amount Md is about 5%, the effect of reducing the CI value is sufficient. Can be expected. However, the inventors of the present application change the width dimension (short side dimension) Z ′ of the
例えば図5に示す例は、辺比28の圧電基板を使用した場合のシミュレーションであり、図5(A)はメサ堀量Mdを5%とした場合におけるCI値と温度との関係を示す図であり、図5(B)はメサ堀量Mdを10%とした場合におけるCI値と温度との関係を示す図である。そして、図5(A)、(B)においてそれぞれ、図中左側に配置したグラフ(グラフa)から右側に配置したグラフ(グラフd)にかけて圧電基板の幅寸法を増大させていった場合の関係を示している。 For example, the example shown in FIG. 5 is a simulation when a piezoelectric substrate having a side ratio of 28 is used, and FIG. 5A shows the relationship between the CI value and the temperature when the mesa excavation amount Md is 5%. FIG. 5B is a diagram showing the relationship between the CI value and the temperature when the mesa excavation amount Md is 10%. 5A and 5B, the relationship when the width dimension of the piezoelectric substrate is increased from the graph arranged on the left side (graph a) to the graph arranged on the right side (graph d) in FIG. Is shown.
図5によると特に、メサ堀量Mdが十分でない場合には、幅寸法を小さくした場合(図5(A)a)と、幅寸法を大きくした場合(図5(A)d)に、不要モードの結合が顕著に表れることが判る。また、図5(A)に比べ、図5(B)では、aからdのいずれの幅寸法の場合であっても、温度変化に伴うCI値の変化が小さくなっており、温度変化に伴うCI値の上昇が低減されていることも読み取ることができる。つまり、CI値の低下、不要モードの結合抑制を広い範囲で維持しながら実現するためには、必要十分なメサ堀量Mdの選定が必要となるのである。 In particular, according to FIG. 5, when the mesa excavation amount Md is not sufficient, it is not necessary when the width dimension is reduced (FIG. 5A) and when the width dimension is increased (FIG. 5Ad). It can be seen that the coupling of modes appears remarkably. In addition, compared with FIG. 5A, in FIG. 5B, in any width dimension from a to d, the change in the CI value due to the temperature change is small, and the temperature change is accompanied. It can also be read that the increase in CI value is reduced. That is, it is necessary to select a necessary and sufficient mesa excavation amount Md in order to achieve a reduction in CI value and suppression of coupling of unnecessary modes in a wide range.
そこで、本願発明者等はさらに鋭意研究を重ね、図6に示す関係を見出した。図6は、辺比x/t毎にメサ堀量Mdを変化させてCI値の変化を調べた際における、CI値の特性変化がフラットとなるメサ堀量Mdの最小値Md_minを示すグラフである。辺比x/tとCI値の特性変化がフラットとなるメサ堀量Mdの最小値Md_minとの関係は、図6からも読みとれるように、略比例関係にあるといえる。数式上堀量の最小値Md_minをyで示すと、堀量の最小値yは、板厚寸法tを基準として、 Therefore, the inventors of the present application have further conducted intensive research and found the relationship shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the minimum value Md_min of the mesa excavation amount Md when the change in the CI value is investigated by changing the mesa excavation amount Md for each side ratio x / t and the change in the CI value characteristic is flat. is there. It can be said that the relationship between the side ratio x / t and the minimum value Md_min of the mesa excavation amount Md at which the characteristic change of the CI value becomes flat is substantially proportional as can be seen from FIG. When the minimum value Md_min of the moat amount is expressed by y in the mathematical formula, the minimum value y of the moat amount is based on the plate thickness dimension t .
なお、図6に示すグラフは、 The graph shown in FIG.
以上より、数式1に基づいてメサ堀量Mdを定めることにより、圧電振動片のCI値を低減することができる。また、数式1によって算出される堀量の最小値Md_minは、CI値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、堀量増大に伴う振動特性の悪化や、エッチング喰われによる形状のバラツキを低減することができる。また、最小値Md_minはCI値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、これに基づいて堀量を定めることにより、エッチングによる加工時間を短縮することができ、生産性を増すことができる。さらに、堀量増大に伴って2極化する傾向にある良否の製品を、良品として平均化することが可能となるため、歩留りの向上にも寄与することとなる。また、最小値Md_minは、CI値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、不要モードの結合が少なく設計余裕度の高い圧電振動片とすることができる。
As described above, the CI value of the piezoelectric vibrating piece can be reduced by determining the mesa excavation amount Md based on
また、図6から読み取れるように、辺比x/tが30を越えると、最小値Md_minの値は著しく小さくなる傾向にあるため、圧電基板をメサ型に形成する必要性が無くなる。このため、上記のような圧電振動片を製造する際には、辺比x/tが30以下の圧電基板を用いると良い。これにより、製品としての圧電振動片は、製造に費やす時間と工程数に見合った効果を奏するものとすることができ、圧電振動片の過剰な大型化も防ぐことができる。 Further, as can be seen from FIG. 6, when the side ratio x / t exceeds 30, the value of the minimum value Md_min tends to be remarkably small, so that it is not necessary to form the piezoelectric substrate in a mesa shape. For this reason, when manufacturing the piezoelectric vibrating piece as described above, it is preferable to use a piezoelectric substrate having a side ratio x / t of 30 or less. As a result, the piezoelectric vibrating reed as a product can have an effect commensurate with the time and the number of steps spent on manufacturing, and an excessive increase in size of the piezoelectric vibrating reed can be prevented.
なお、圧電振動片を搭載した圧電振動子自体の小型化が要求される近年では、CSP(チップサイズパッケージ)に対応させた図7や図8に示すような構成の圧電振動片10a,10bに対しても、本発明に係る要件を適用することで、同様な効果を得ることができる。
In recent years, where the piezoelectric vibrator itself mounted with the piezoelectric vibrating piece is required to be downsized, the piezoelectric vibrating
すなわち、周辺部16よりも厚み寸法の大きな枠部22により圧電振動片10a,10bにおける周辺部16や振動部14を支持するような形態であっても、本実施形態に係る圧電振動片ということができるのである。なお、図7、図8において、破線で示す部位は、CSP構造の圧電振動子を構成する場合における封止板である。なお、図7、図8では、支持部と接続電極の記載を省略している。また、dxの設定は、周辺部16の端部を基準として定めれば良い。
That is, even if the
次に、本発明のメサ型圧電振動片について、他の側面からCI値の低減、不要モードの抑制を図った場合について説明する。本願発明者等は、メサ型圧電振動片についてのCI値の低減、不要モードの抑制を研究、シミュレーションしていく過程において、CI値の低減と、不要モードの抑制といった効果は、圧電振動片10を実装基板等へ固定する際の形態によっても変化することを見出した。つまり、実装基板等に対する圧電振動片10の固定状態が弱い場合には、CI値の低下は良好であるが不要モードが乗りやすくなるという傾向がある。このような傾向の中、本願発明者等は、固定状態を所定の範囲に定めた場合には、使用範囲(常温)でのCI値の低下といった効果を得つつ、不要モードの抑圧といった効果も得ることができる範囲を見出したのである(図9参照)。
Next, the case where the mesa-type piezoelectric vibrating piece of the present invention is designed to reduce the CI value and suppress the unnecessary mode from other aspects will be described. In the process of studying and simulating the reduction of the CI value and the suppression of the unnecessary mode for the mesa-type piezoelectric vibrating piece, the inventors of the present application have the effects of reducing the CI value and suppressing the unnecessary mode. It has been found that this also varies depending on the form of fixing to the mounting substrate or the like. That is, when the piezoelectric vibrating
そこで本実施形態では、実装基板等に対する圧電振動片の長辺方向における固定寸法Sx(図1参照)の適正値について定めることとする。なお、本実施形態において、支持部を有する側の端部から、振動部14(段差部)までの長辺方向寸法をdxとする。 Therefore, in this embodiment, an appropriate value of the fixed dimension Sx (see FIG. 1) in the long side direction of the piezoelectric vibrating piece with respect to the mounting substrate or the like is determined. In the present embodiment, the long side direction dimension from the end portion on the side having the support portion to the vibrating portion 14 (stepped portion) is dx.
図9(A)は、固定寸法Sxを0.1未満とした場合におけるある値のCI値と温度との関係を示す図である。図9(A)からも読みとれるように、CI値は非常に低く抑えることができるが使用範囲の温度領域において不要モードの結合が目立つ。 FIG. 9A is a diagram showing a relationship between a certain CI value and temperature when the fixed dimension Sx is less than 0.1. As can be seen from FIG. 9A, the CI value can be kept very low, but coupling of unnecessary modes is conspicuous in the temperature range of the use range.
一方、図9(B)は、固定寸法Sxをdx−0.05よりも大きくした場合におけるある値のCI値と温度との関係を示す図である。図9(B)からは、図9(A)と比べると不要モードの結合についてはかなり抑制されているものの、実装基板等に対する圧電振動片の固定状態の影響を強く受け、低温領域においてCI値の上昇が目立つ。このように、固定寸法Sxの値を0.1未満、あるいはdx−0.05より大きい値といった極端な範囲に設定した場合には、不要モードの結合やCI値の上昇といった好ましくない特性が生ずる場合がある。これに対し、0.1≦Sx<dx−0.05の範囲におけるある値を固定寸法Sxとした図※(特に図※(B))の場合、温度領域の変化に伴うCI値の上昇、不要モードの結合が抑制されていることを読み取ることができる。 On the other hand, FIG. 9B is a diagram showing a relationship between a certain CI value and temperature when the fixed dimension Sx is larger than dx−0.05. From FIG. 9B, the coupling of the unnecessary mode is considerably suppressed as compared with FIG. 9A, but it is strongly influenced by the fixed state of the piezoelectric vibrating piece with respect to the mounting substrate and the CI value in the low temperature region. The rise of is conspicuous. As described above, when the value of the fixed dimension Sx is set to an extreme range such as less than 0.1 or greater than dx−0.05, undesirable characteristics such as coupling of unnecessary modes and an increase in CI value occur. There is a case. On the other hand, in the case of a figure * (particularly figure * (B)) in which a certain value in the range of 0.1 ≦ Sx <dx−0.05 is a fixed dimension Sx, an increase in CI value with a change in temperature region, It can be read that the unnecessary mode coupling is suppressed.
よって、支持部における固定寸法Sxは、 Therefore, the fixed dimension Sx in the support portion is
上記実施形態では、メサ堀量Mdと、固定寸法Sxについて適正な値を設定することの効果をそれぞれ個別に検証、説明していた。しかしながら、上記Md、SxはそれぞれCI値、不要モードに相互的に作用するものであるため、両者を併せて定めることにより、CI値の低減、不要モードの抑制についてのより高い効果を得ることが可能となる。すなわち、圧電振動片を作成するにあたり、支持部の固定寸法Sxを数式5に基づいて定め、メサ堀量Mdを数式3に基づいて定めるのである。
In the above-described embodiment, the effects of setting appropriate values for the mesa moat amount Md and the fixed dimension Sx are individually verified and described. However, since Md and Sx interact with the CI value and the unnecessary mode, respectively, by determining both of them, it is possible to obtain a higher effect for reducing the CI value and suppressing the unnecessary mode. It becomes possible. That is, in creating the piezoelectric vibrating piece, the fixed dimension Sx of the support portion is determined based on
このような形態の圧電振動片によれば、上述したメサ堀量Mdの設定範囲、固定寸法Sxの設定範囲におけるそれぞれの好適な効果を奏することが可能となる。ここで、周波数毎のエネルギー閉じ込めの効果、すなわち圧電基板12のサイズとCI値等との関係は、基板サイズに関わらずメサ堀量Mdにより定められるため、基板サイズにより固定寸法Sxの設定範囲が大きく変化するということは無い。
According to the piezoelectric vibrating piece of such a form, it is possible to achieve the respective advantageous effects in the setting range of the mesa moat amount Md and the setting range of the fixed dimension Sx. Here, since the energy confinement effect for each frequency, that is, the relationship between the size of the
なお、上記実施形態では、圧電振動片の形態を矩形としていたが、例えば台形や楕円形など、矩形以外の形態とした場合であっても同様な効果を得ることができると考えられる。図1に示したように、圧電基板の幅Z’を変えた場合であっても、CI値の低減に対して同様な傾向を得ることができたからである。 In the above embodiment, the piezoelectric vibrating piece has a rectangular shape. However, it is considered that the same effect can be obtained even when the piezoelectric vibrating piece has a non-rectangular shape such as a trapezoid or an ellipse. As shown in FIG. 1, even when the width Z ′ of the piezoelectric substrate is changed, a similar tendency can be obtained for the reduction of the CI value.
10………圧電振動片、12………圧電基板、14………振動部、16………周辺部、18………励振電極、19………接続電極、20………支持部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記振動部の主面に設けられている励振電極と、
を含み、
前記厚み滑り振動の振動方向に沿った前記素板の寸法をxとし、
前記振動部の厚み寸法をtとし、
前記振動方向に沿った前記振動部の寸法をMxとし、
前記振動方向に沿った前記励振電極の寸法をExとし、
前記振動方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Mx=2×(n/2+1/4)×λ、但しnは正の整数、
(Mx−Ex)/2=λ/2
を満足し、
前記tと前記周辺部の厚みの差を前記tで割り、百分率で表した値をyとしたとき、
y=−0.89×(x/t)+34±3 (%)
16.2≦x/t≦26.3、但しx/t≧20の範囲を除く、
を満足していることを特徴とする振動片。 A vibrating plate that vibrates by thickness shear vibration, and a base plate that includes a peripheral portion that is thinner than the vibrating portion and is provided integrally with the vibrating portion along an outer edge of the vibrating portion;
An excitation electrode provided on the main surface of the vibrating part;
Including
The dimension of the base plate along the vibration direction of the thickness shear vibration is x,
The thickness dimension of the vibrating part is t,
The dimension of the vibration part along the vibration direction is Mx,
Ex is the dimension of the excitation electrode along the vibration direction,
When the wavelength of the bending vibration generated in the base plate along the vibration direction is λ,
Mx = 2 × (n / 2 + 1/4) × λ, where n is a positive integer,
(Mx−Ex) / 2 = λ / 2
Satisfied,
When the difference between the thickness of the t and the peripheral portion is divided by the t, and the value expressed as a percentage is y,
y = −0.89 × (x / t) + 34 ± 3 (%)
16.2 ≦ x / t ≦ 26.3, except for the range of x / t ≧ 20,
A vibrating piece characterized by satisfying
前記素板がATカット水晶で構成されていることを特徴とする振動片。 In claim 1,
The resonator element, wherein the base plate is made of an AT cut crystal.
前記振動方向と交差する前記素板の一方の端部から前記段差部までの寸法をdxとし、前記素板と実装基板とを固定している接着剤の前記振動方向に沿った寸法をSxとしたとき、
0.1≦Sx<dx−0.05 (mm)
を満足していることを特徴とする振動片。 In claim 1 or 2,
The dimension from one end of the base plate intersecting the vibration direction to the stepped portion is dx, and the dimension along the vibration direction of the adhesive fixing the base plate and the mounting substrate is Sx. When
0.1 ≦ Sx <dx−0.05 (mm)
A vibrating piece characterized by satisfying
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