JP5708881B2 - 水晶振動装置 - Google Patents

水晶振動装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5708881B2
JP5708881B2 JP2014509170A JP2014509170A JP5708881B2 JP 5708881 B2 JP5708881 B2 JP 5708881B2 JP 2014509170 A JP2014509170 A JP 2014509170A JP 2014509170 A JP2014509170 A JP 2014509170A JP 5708881 B2 JP5708881 B2 JP 5708881B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crystal
plate
quartz
quartz plate
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014509170A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013151048A1 (ja
Inventor
徹 木津
徹 木津
開田　弘明
弘明 開田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2014509170A priority Critical patent/JP5708881B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5708881B2 publication Critical patent/JP5708881B2/ja
Publication of JPWO2013151048A1 publication Critical patent/JPWO2013151048A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/19—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、水晶振動装置に関する。
特許文献１などにおいて、水晶振動子を備える水晶振動装置が種々提案されている。特許文献１には、ベベル型やコンベックス型の水晶板の両面に略矩形状の電極が配された水晶振動装置が記載されている。
実開昭５８−１１３１３号公報
水晶振動装置において、水晶振動子の振動効率を高めるためには、ＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値を低くすることが有効である。
本発明は、低いＣＩ値を有する水晶振動装置を提供することを主な目的とする。
本発明に係る水晶振動装置は、水晶振動子を備える。水晶振動子は、水晶板と、第１の電極と、第２の電極とを有する。水晶板の平面視形状は、矩形である。水晶板は、中央から外側に向かって薄くなる形状を有する。第１の電極は、水晶板の一主面の上に配されている。第２の電極は、水晶板の他主面の上に配されている。第２の電極は、水晶板を介して第１の電極と対向している。水晶振動子は、厚みすべり振動モードで振動する。第１及び第２の電極のそれぞれの平面視形状が楕円形または円形である。
本発明に係る水晶振動装置のある特定の局面では、第１及び第２の電極のそれぞれの長径が水晶板の長辺に対して平行である。
本発明に係る水晶振動装置の別の特定の局面では、水晶板の第１及び第２の電極が設けられた領域の中央における水晶板の厚みをＴ０とし、水晶板の第１及び第２の電極が設けられた領域の、水晶板の長辺の延びる方向の端部における水晶板の厚みをＴ１とし、水晶板の第１及び第２の電極が設けられた領域の、水晶板の短辺の延びる方向の端部における水晶板の厚みをＴ２としたときに、０．０４Ｔ０＜Ｔ０−Ｔ１＜０．１１Ｔ０及び０．０３Ｔ０＜Ｔ０−Ｔ２＜０．１１Ｔ０が満たされる。
本発明に係る水晶振動装置の他の特定の局面では、水晶板の厚みが中央から外側に向かって漸減している。
本発明によれば、低いＣＩ値を有する水晶振動装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る水晶振動装置の略図的断面図である。 図２は、本発明の一実施形態における水晶振動子の略図的平面図である。 図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。 図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。 図５は、（Ｔ０−Ｔ１）と電気機械結合係数との関係を表すグラフである。 図６は、（Ｔ０−Ｔ２）と電気機械結合係数との関係を表すグラフである。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図１に示される水晶振動装置１は、例えば、水晶発振装置などとして好適に用いられる電子装置である。
水晶振動装置１は、基板１０の上に、実装された水晶振動子１１を備える。水晶振動子１１は、厚みすべり振動モードで振動する。水晶振動装置１では、水晶振動子１１は、片持ち梁態様で基板１０に支持されている。もっとも、水晶振動子は、両持ち梁態様で基板に支持されていてもよい。
水晶振動子１１は、水晶板１２を有する。図２に示されるように、水晶板１２の平面視形状は、矩形である。ここで、「矩形」には、正方形が含まれるものとする。水晶板１２は、中央から外側に向かって薄くなる形状を有する。水晶板１２の厚みは、中央において最も大きく、中央から外側に向かって漸減している。第１の主面１２ａと第２の主面１２ｂとは、中央から外側に向かって互いに近づくように設けられている。水晶板１２の第１及び第２の主面１２ａ、１２ｂは、それぞれ曲面により構成されている。より具体的には、第１及び第２の主面１２ａ、１２ｂは、それぞれ、楕球面に沿った形状を有する。もっとも、水晶板の第１及び第２の主面は、例えば、複数の平面により構成されていてもよい。水晶板は、例えば、ベベル型やコンベックス型であってもよい。
水晶板１２の主面１２ａの上には、第１の電極１３が配されている。水晶板１２の主面１２ｂの上には、第２の電極１４が配されている。第１の電極１３と第２の電極１４とは、水晶板１２を介して水晶板１２の厚み方向に対向している。第１及び第２の電極１３，１４は、それぞれ、例えば、アルミニウム、銀、銅、金などの金属や、これらの金属のうちの一種以上を含む合金などの適宜の導電材料により構成することができる。
第１及び第２の電極１３，１４のそれぞれの平面視形状は、楕円形または円形である。本実施形態では、具体的には、第１及び第２の電極１３，１４のそれぞれの平面視形状は、平面視における中心が水晶板１２の平面視における中心と略一致しており、かつ、長径が水晶板１２の長辺に対して平行な楕円形である。
ここで、
Ｔ０：水晶板１２の第１及び第２の電極１３，１４が設けられた領域の中央における水晶板１２の厚み、
Ｔ１：水晶板１２の第１及び第２の電極１３，１４が設けられた領域の、水晶板１２の長辺の延びる方向の端部における水晶板１２の厚み、
Ｔ２：水晶板１２の第１及び第２の電極１３，１４が設けられた領域の、水晶板１２の短辺の延びる方向の端部における水晶板１２の厚み、
とする。
水晶振動子１１では、下記の式（１）及び式（２）が満たされるように第１及び第２の電極１３，１４が設けられている。
０．０４Ｔ０＜Ｔ０−Ｔ１＜０．１１Ｔ０ ……… （１）
０．０３Ｔ０＜Ｔ０−Ｔ２＜０．１１Ｔ０ ……… （２）
ところで、水晶板には、電圧を印加した際に、大きく変位する部分と、小さく変位する部分とが存在する。例えば、水晶板の変位が小さな部分の上に電極を設け、当該部分に電圧を印加したとしても、印加された電力の振動への寄与率は低い。また、容量が大きくなるため、電気機械結合係数が低くなる。従って、ＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値が低くなる。
ここで、中央から外側に向かって薄くなる形状を有する水晶板１２が、正方形ではない矩形状である場合は、水晶板１２の中心における変位が最も大きくなる。水晶板１２の変位量（歪み量）の等高線は、水晶板１２を中心とし、長径が長辺と平行な楕円形状となる。中央から外側に向かって薄くなる形状を有する水晶板１２が正方形状である場合は、水晶板１２の中心における変位が最も大きくなる。水晶板１２の変位量（歪み量）の等高線は、水晶板１２を中心とする円形となる。従って、水晶振動装置１のように、中央から外側に向かって薄くなる形状を有する平面視矩形状の水晶板１２の主面１２ａ、１２ｂの上に配された第１及び第２の電極１３，１４を楕円形または円形とすることにより、電気機械結合係数を高くでき、その結果、ＣＩ値を高くすることができる。
図５は、（Ｔ０−Ｔ１）と電気機械結合係数との関係を表すグラフである。図６は、（Ｔ０−Ｔ２）と電気機械結合係数との関係を表すグラフである。なお、図５及び図６に示すデータは、以下の条件のときのグラフである。
水晶板１２：ＡＴカット水晶板
水晶板１２の長辺の長さ：１．９５ｍｍ
水晶板１２の短辺の長さ：１．２８５ｍｍ
水晶板１２の中心における厚み：０．２２９ｍｍ（８ＭＨｚ）
水晶板１２の中心を通り長辺に平行な断面における主面の曲率半径：１１ｍｍ
水晶板１２の中心を通り短辺に平行な断面における主面の曲率半径：４．７８５ｍｍ
図５に示す結果から、式（１）が満たされる場合は、電気機械結合係数の最大値の９７％以上の電気機械結合係数が得られることが分かる。
図６に示す結果から、式（２）が満たされる場合は、電気機械結合係数の最大値の９７％以上の電気機械結合係数が得られることが分かる。
以上より、式（１）及び式（２）が満足されるように第１及び第２の電極１３，１４を設けることにより、高いＣＩ値を実現できることが分かる。
１…水晶振動装置
１０…基板
１１…水晶振動子
１２…水晶板
１２ａ…第１の主面
１２ｂ…第２の主面
１３…第１の電極
１４…第２の電極

Claims (3)

  1. 平面視形状が矩形であって、中央から外側に向かって薄くなる形状を有する水晶板と、
    前記水晶板の一主面の上に配された第１の電極と、
    前記水晶板の他主面の上に配されており、前記水晶板を介して前記第１の電極と対向している第２の電極と、
    を有し、厚みすべり振動モードで振動する水晶振動子を備え、
    前記第１及び第２の電極のそれぞれの平面視形状が楕円形または円形であり、
    前記水晶板の前記第１及び第２の電極が設けられた領域の中央における前記水晶板の厚みをＴ ０ とし、
    前記水晶板の前記第１及び第２の電極が設けられた領域の、前記水晶板の長辺の延びる方向の端部における前記水晶板の厚みをＴ １ とし、
    前記水晶板の前記第１及び第２の電極が設けられた領域の、前記水晶板の短辺の延びる方向の端部における前記水晶板の厚みをＴ ２ としたときに、
    ０．０４Ｔ ０ ＜Ｔ ０ −Ｔ １ ＜０．１１Ｔ ０
    及び
    ０．０３Ｔ ０ ＜Ｔ ０ −Ｔ ２ ＜０．１１Ｔ ０
    が満たされる、水晶振動装置。
  2. 前記第１及び第２の電極のそれぞれの長径が前記水晶板の長辺に対して平行である、請求項１に記載の水晶振動装置。
  3. 前記水晶板の厚みが中央から外側に向かって漸減している、請求項１または２に記載の水晶振動装置。
JP2014509170A 2012-04-04 2013-04-02 水晶振動装置 Active JP5708881B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014509170A JP5708881B2 (ja) 2012-04-04 2013-04-02 水晶振動装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012085339 2012-04-04
JP2012085339 2012-04-04
PCT/JP2013/060091 WO2013151048A1 (ja) 2012-04-04 2013-04-02 水晶振動装置
JP2014509170A JP5708881B2 (ja) 2012-04-04 2013-04-02 水晶振動装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5708881B2 true JP5708881B2 (ja) 2015-04-30
JPWO2013151048A1 JPWO2013151048A1 (ja) 2015-12-17

Family

ID=49300529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014509170A Active JP5708881B2 (ja) 2012-04-04 2013-04-02 水晶振動装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5708881B2 (ja)
CN (1) CN103843249B (ja)
WO (1) WO2013151048A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10734968B2 (en) * 2016-08-26 2020-08-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Bulk acoustic resonator and filter including the same
JP7393283B2 (ja) * 2020-03-31 2023-12-06 シチズンファインデバイス株式会社 厚みすべり水晶振動片

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4771069B2 (ja) * 2006-01-12 2011-09-14 エプソントヨコム株式会社 圧電振動片及び圧電デバイス
JP2008218951A (ja) * 2007-03-08 2008-09-18 Epson Toyocom Corp コンベックス型の圧電デバイス
JP5168464B2 (ja) * 2007-11-30 2013-03-21 セイコーエプソン株式会社 振動片、振動子、及び発振器
JP2010021613A (ja) * 2008-07-08 2010-01-28 Daishinku Corp 圧電振動デバイス
JP5625432B2 (ja) * 2010-03-26 2014-11-19 セイコーエプソン株式会社 圧電振動素子、及び圧電振動子
JP2012065305A (ja) * 2010-08-20 2012-03-29 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013151048A1 (ja) 2013-10-10
JPWO2013151048A1 (ja) 2015-12-17
CN103843249A (zh) 2014-06-04
CN103843249B (zh) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5048603B2 (ja) 最適な動作キャパシタンスを有するピエゾ電子共振器
JP4319657B2 (ja) 圧電振動子
JP2011097183A5 (ja) 振動片及び振動子
JP2009135830A5 (ja)
JP4879963B2 (ja) 圧電振動片、圧電振動子及び圧電発振器
JP2009065270A (ja) メサ型振動片およびメサ型振動デバイス
JP5584500B2 (ja) 圧電フレーム及び圧電デバイス
JP2014200026A5 (ja)
JP2014116977A (ja) 振動片および振動子
JP2015097367A5 (ja)
JP2010233204A (ja) 振動片および発振器
JPWO2015137089A1 (ja) 弾性波装置
JP5708881B2 (ja) 水晶振動装置
JP5972686B2 (ja) 水晶振動素子
JP2014138414A5 (ja)
JP6276354B2 (ja) インタデジタルトランスデューサ
JP5399888B2 (ja) 音叉型屈曲水晶振動素子
CN107636964B (zh) 弹性波装置
JP2011199330A (ja) 振動片、振動子、発振器
JP2007096527A (ja) 弾性表面波デバイス
JP5751278B2 (ja) 圧電バルク波共振子
JP2017085341A5 (ja)
JP5589403B2 (ja) 圧電共振子
KR20170029232A (ko) 압전 진동편 및 압전 진동자
WO2014002892A1 (ja) 音叉型水晶振動子

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5708881

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150