JP5782536B1 - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片10を提供する。【解決手段】矩形板状に形成され、第1主面Aと第2主面Bの両方にメサ部12が形成されており、厚みすべりモードで振動する圧電振動片10において、Z方向に離間した一対のマウント電極26,28で支持可能に形成されており、かつメサ部12の段差の高さMYが3μm以上、15μm以下である構成とした。【選択図】図3Provided is a piezoelectric vibrating piece 10 that realizes both reduction in size and reduction in CI value, and that spurious vibration hardly influences main vibration. A piezoelectric vibrating piece 10 that is formed in a rectangular plate shape and has a mesa portion 12 formed on both a first main surface A and a second main surface B and that vibrates in a thickness-slip mode is separated in the Z direction. The pair of mount electrodes 26 and 28 are formed so that they can be supported, and the height MY of the step of the mesa portion 12 is 3 μm or more and 15 μm or less. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、圧電振動片および圧電振動子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator.

従来より、圧電効果を利用することによって、外部電圧に対して所定の周波数を出力する圧電振動片、およびそれをパッケージ内に収容する圧電振動子が知られている。このような圧電振動子は、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、携帯電話や携帯情報端末機器、電波時計等の駆動回路上に用いられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric vibrating piece that outputs a predetermined frequency with respect to an external voltage by using a piezoelectric effect, and a piezoelectric vibrator that accommodates it in a package are known. Such a piezoelectric vibrator is used as a time source, a timing source of a control signal, a reference signal source, and the like on a driving circuit such as a mobile phone, a portable information terminal device, and a radio clock.

圧電振動片は、振動モードで分類すると様々なタイプが知られているが、そのひとつとして、厚みすべり振動モードを有するAT振動片が知られている。AT振動片は、平面視が矩形の板状に形成されており、この矩形板状の表裏それぞれの主面に形成された励振電極に電圧が印加されることにより、それぞれの主面が面方向に互いに逆位相で動くものである。   Various types of piezoelectric vibrating pieces are known when classified by vibration mode. As one of them, an AT vibrating piece having a thickness-shear vibration mode is known. The AT vibrating reed is formed in a rectangular plate shape in plan view, and a voltage is applied to the excitation electrodes formed on the main surfaces of the front and back surfaces of the rectangular plate, so that each main surface is in the surface direction. They move in opposite phases.

また、AT振動片の主面形状として、「メサ形状」が知られている。メサ形状とは、AT振動片の主面の振動領域(励振電極が形成されている領域)が周縁部分の厚さよりも厚く形成されている形状であり、かかる形状により、振動エネルギーを振動領域に閉じ込め、AT振動片の外部への振動エネルギー漏れを好適に低減することが可能になる。このように振動エネルギー漏れを低減できるので、圧電振動片が有するCI値(Crystal Impedance)が低下し、消費電力の低減を実現することが可能になる。なお、特許文献1、2には、メサ形状を有する圧電振動片が開示されている。   Further, a “mesa shape” is known as the main surface shape of the AT vibrating piece. The mesa shape is a shape in which the vibration region (region where the excitation electrode is formed) of the main surface of the AT vibrating piece is formed thicker than the thickness of the peripheral portion. It becomes possible to suitably reduce vibration energy leakage to the outside of the confinement and AT vibrating piece. Since the vibration energy leakage can be reduced in this way, the CI value (Crystal Impedance) of the piezoelectric vibrating piece is lowered, and it is possible to realize a reduction in power consumption. Patent Documents 1 and 2 disclose a piezoelectric vibrating piece having a mesa shape.

特開2013−34217号公報JP 2013-34217 A 特開2002−118440号公報JP 2002-118440 A

しかしながら上記従来技術には次の課題がある。
近年、圧電振動片および圧電振動子の小型化への要求がさらに高まりつつあるが、圧電振動片を小型化するとCI値が増加しやすく、即ち、小型化とCI値の低減とを両立することが困難である。
さらに、メサ形状を有する圧電振動片は、メサ形状の段差部分において不要振動(以下、スプリアスと称する)が生じ、スプリアスが主振動に対して影響を及ぼすことで、圧電振動片の温度特性等を低下させるおそれがある。
However, the above prior art has the following problems.
In recent years, the demand for downsizing of the piezoelectric vibrating piece and the piezoelectric vibrator is further increased. However, when the piezoelectric vibrating piece is downsized, the CI value is likely to increase. That is, both the downsizing and the reduction of the CI value are achieved. Is difficult.
Further, in the piezoelectric vibrating piece having a mesa shape, unnecessary vibration (hereinafter referred to as spurious) occurs in the step portion of the mesa shape, and the spurious influences the main vibration, so that the temperature characteristics and the like of the piezoelectric vibrating piece can be improved. May decrease.

そこで本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片、および圧電振動子を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and achieves both miniaturization and reduction of the CI value, and a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator in which spurious vibration hardly affects the main vibration. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本発明の圧電振動片は、矩形板状に形成され、第1主面と第2主面の少なくとも一方にメサ形状が形成されており、厚みすべりモードで振動する圧電振動片において、長辺方向に離間した2点で支持可能に形成されており、かつ前記メサ形状の段差の高さが3μm以上である。   In order to solve the above problems, the piezoelectric vibrating piece of the present invention is formed in a rectangular plate shape, a mesa shape is formed on at least one of the first main surface and the second main surface, and vibrates in a thickness-shear mode. The resonator element is formed so as to be supported at two points spaced apart in the long side direction, and the height of the mesa-shaped step is 3 μm or more.

本願の発明者が実施したシミュレーションの結果、長辺方向に離間した2点で圧電振動片を両持ち支持した場合には、長辺方向の一方側のみで圧電振動片を片持ち支持した場合に比べて、CI値を低減できることが判明した。
一方、メサ形状の段差が低いと、メサ形状の部分に振動エネルギーを閉じ込めにくくなり、メサ形状以外の領域でスプリアス振動が発生しやすくなる。これに対して、メサ形状の段差の高さが3μm以上の場合には、スプリアス振動が発生しにくくなり、主振動周波数の近接範囲内に存在するスプリアス振動が少なくなる。そのため、圧電振動片の外形寸法が製造誤差によりばらついても、主振動に対するスプリアス振動の影響を抑制できる。
したがって、長辺方向に離間した2点で支持可能に形成されており、かつ前記メサ形状の段差の高さを3μm以上とすることで、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片を提供できる。
As a result of the simulation performed by the inventors of the present application, when the piezoelectric vibrating piece is supported at two points separated in the long side direction, the piezoelectric vibrating piece is supported at one side only in the long side direction. In comparison, it has been found that the CI value can be reduced.
On the other hand, when the mesa-shaped step is low, it is difficult to confine vibration energy in the mesa-shaped portion, and spurious vibration is likely to occur in a region other than the mesa-shaped region. On the other hand, when the height of the mesa-shaped step is 3 μm or more, spurious vibrations are less likely to occur, and spurious vibrations existing in the proximity range of the main vibration frequency are reduced. Therefore, even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary due to manufacturing errors, the influence of spurious vibration on the main vibration can be suppressed.
Therefore, it is formed so that it can be supported at two points separated in the long side direction, and the height of the mesa-shaped step is set to 3 μm or more, thereby realizing both miniaturization and CI value reduction, and spurious. It is possible to provide a piezoelectric vibrating piece in which vibration hardly affects the main vibration.

また、前記メサ形状の段差の高さが15μm以下であることが望ましい。
メサ形状の段差が高いと、メサ形状自体のひずみ変形が大きくなり、メサ形状の境界部分の変形に起因したスプリアス振動が発生しやすくなる。これに対して、メサ形状の段差の高さが15μm以下の場合には、スプリアス振動が発生しにくくなり、主振動周波数の近接範囲内に存在するスプリアス振動が少なくなる。そのため、圧電振動片の外形寸法が製造誤差によりばらついても、主振動に対するスプリアス振動の影響を抑制できる。したがって、メサ形状の段差の高さを15μm以下とすることで、スプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片を提供できる。
The height of the mesa-shaped step is preferably 15 μm or less.
If the mesa shape has a high level difference, the mesa shape itself is greatly deformed, and spurious vibrations due to the deformation of the boundary portion of the mesa shape are likely to occur. On the other hand, when the height of the mesa-shaped step is 15 μm or less, spurious vibrations are less likely to occur, and spurious vibrations existing in the proximity range of the main vibration frequency are reduced. Therefore, even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary due to manufacturing errors, the influence of spurious vibration on the main vibration can be suppressed. Therefore, by setting the height of the mesa-shaped step to 15 μm or less, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece in which spurious vibration hardly affects the main vibration.

また、圧電振動片の周縁部分において支持可能に構成されていることが望ましい。
メサ形状から離れた周縁部分で圧電振動片を支持することにより、メサ形状の部分に振動エネルギーを閉じ込めやすくなり、スプリアス振動が発生しにくくなる。したがって、スプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片を提供できる。
Moreover, it is desirable to be able to support the peripheral portion of the piezoelectric vibrating piece.
By supporting the piezoelectric vibrating piece at the peripheral portion away from the mesa shape, it becomes easy to confine the vibration energy in the mesa shape portion, and spurious vibration is less likely to occur. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece in which spurious vibration hardly affects the main vibration.

一方、本発明の圧電振動子は、ベース基板とリッド基板とによって形成されるキャビティ内に、前述した圧電振動片が収容されている。
この構成によれば、前述した圧電振動片を備えているので、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動子を提供できる。
On the other hand, in the piezoelectric vibrator of the present invention, the above-described piezoelectric vibrating piece is accommodated in a cavity formed by a base substrate and a lid substrate.
According to this configuration, since the piezoelectric vibrating piece described above is provided, it is possible to provide both a reduction in size and a reduction in the CI value, and a piezoelectric vibrator in which spurious vibrations are less likely to affect the main vibration.

本発明の圧電振動片は、長辺方向に離間した2点で支持可能に形成されているので、小型化とCI値低減の両立を実現できる。また、メサ形状の段差の高さが3μm以上に形成されているので、スプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片を提供できる。   Since the piezoelectric vibrating piece of the present invention is formed so as to be supported at two points separated in the long side direction, it is possible to achieve both reduction in size and reduction in CI value. In addition, since the height of the mesa-shaped step is formed to be 3 μm or more, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece in which spurious vibration hardly affects the main vibration.

実施形態に係る圧電振動子を展開した斜視図である。It is the perspective view which expanded the piezoelectric vibrator concerning an embodiment. 図1のA−A線における側面断面図である。It is side surface sectional drawing in the AA of FIG. 実施形態に係る圧電振動片の説明図であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B線における断面図である。It is explanatory drawing of the piezoelectric vibrating piece which concerns on embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the BB line of (a). 段差2μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of the piezoelectric vibrating piece with a level | step difference of 2 micrometers, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差3μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of the piezoelectric vibrating piece of 3 micrometers of steps, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差7μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of a 7-micrometer-thick piezoelectric vibrating piece, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差9μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of the piezoelectric vibration piece of level | step difference 9 micrometers, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差13μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of a 13-micrometer-thick piezoelectric vibrating piece, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差14μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of a 14-micrometer-thick piezoelectric vibration piece, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差15μmの圧電振動片の振動特性を示すグラフであり、(a)はX方向の外形寸法を変化させた場合であり、(b)はZ方向の外形寸法を変化させた場合である。It is a graph which shows the vibration characteristic of a 15-micrometer-thick piezoelectric vibrating piece, (a) is a case where the external dimension of a X direction is changed, (b) is a case where the external dimension of a Z direction is changed. 段差寸法とCI値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a level | step difference dimension and CI value. 実施形態に係る圧電振動子を備えた発振器のブロック図である。It is a block diagram of the oscillator provided with the piezoelectric vibrator according to the embodiment. 実施形態に係る圧電振動子を備えた電子機器のブロック図である。It is a block diagram of the electronic device provided with the piezoelectric vibrator according to the embodiment. 実施形態に係る圧電振動子を備えた電波時計のブロック図である。It is a block diagram of the radio timepiece provided with the piezoelectric vibrator according to the embodiment.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、ATカット水晶振動片のX軸方向をX方向とし、Y´軸方向をY方向とし、Z´軸方向をZ方向とする。また、図示座標系における矢印の先端(一方側)の方向を+方向とし、矢印の基端(他方側)の方向を−方向とする。
(圧電振動子)
図1は実施形態に係る圧電振動子を展開した斜視図であり、図2は図1のA−A線における側面断面図である。圧電振動子1は、パッケージ5のキャビティCの内部に圧電振動片10を収容したものである。パッケージ5は、ベース基板2とリッド基板3とを重ね合わせて形成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the X-axis direction of the AT-cut quartz crystal vibrating piece is the X direction, the Y′-axis direction is the Y direction, and the Z′-axis direction is the Z direction. In addition, the direction of the tip (one side) of the arrow in the illustrated coordinate system is the + direction, and the direction of the base end (the other side) of the arrow is the − direction.
(Piezoelectric vibrator)
FIG. 1 is a developed perspective view of the piezoelectric vibrator according to the embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view taken along line AA of FIG. The piezoelectric vibrator 1 has a piezoelectric vibrating piece 10 accommodated in a cavity C of a package 5. The package 5 is formed by overlapping the base substrate 2 and the lid substrate 3.

図1に示すように、ベース基板2は、Y方向から見て矩形状に形成された底壁部80と、底壁部80の周縁部から+Y方向に立設された側壁部90と、を備えている。底壁部80および側壁部90は、セラミック材料等により形成されている。
図2に示すように、キャビティCの内部における底壁部80の表面には、一対の内部電極82が形成されている。一対の内部電極82は、Z方向に離間して形成されている。また、キャビティCの外部における底壁部80の表面には、一対の外部電極84が形成されている。一対の外部電極84は、Z方向の両端部に離間して形成されている。そして、底壁部80を厚さ方向に貫通する貫通電極83により、内部電極82と外部電極84とが接続されている。
As shown in FIG. 1, the base substrate 2 includes a bottom wall portion 80 formed in a rectangular shape when viewed from the Y direction, and a side wall portion 90 erected in the + Y direction from the peripheral edge of the bottom wall portion 80. I have. The bottom wall portion 80 and the side wall portion 90 are formed of a ceramic material or the like.
As shown in FIG. 2, a pair of internal electrodes 82 is formed on the surface of the bottom wall portion 80 inside the cavity C. The pair of internal electrodes 82 are formed apart from each other in the Z direction. A pair of external electrodes 84 is formed on the surface of the bottom wall 80 outside the cavity C. The pair of external electrodes 84 are formed apart from both ends in the Z direction. The internal electrode 82 and the external electrode 84 are connected by a through electrode 83 that penetrates the bottom wall 80 in the thickness direction.

リッド基板3は、セラミック材料等により、Y方向から見て矩形状に形成されている。リッド基板3の周縁部は、ベース基板2の側壁部90におけるY方向の端面に接着されている。そして、ベース基板2の底壁部80および側壁部90とリッド基板3とで囲まれた領域に、キャビティCが形成されている。   The lid substrate 3 is formed of a ceramic material or the like in a rectangular shape when viewed from the Y direction. The peripheral edge portion of the lid substrate 3 is bonded to the end surface in the Y direction of the side wall portion 90 of the base substrate 2. A cavity C is formed in a region surrounded by the bottom wall 80 and the side wall 90 of the base substrate 2 and the lid substrate 3.

キャビティCの内部には、圧電振動片10が収容されている。後述するように、圧電振動片10の主面におけるZ方向の両端部には、一対のマウント電極26,28が形成されている。このマウント電極26,28が、導電ペースト50を介してベース基板2の内部電極82に実装されている。   Inside the cavity C, a piezoelectric vibrating piece 10 is accommodated. As will be described later, a pair of mount electrodes 26 and 28 are formed at both ends in the Z direction on the main surface of the piezoelectric vibrating piece 10. The mount electrodes 26 and 28 are mounted on the internal electrode 82 of the base substrate 2 via the conductive paste 50.

(圧電振動片)
図3は実施形態に係る圧電振動片の説明図であり、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B線における断面図である。図3(a)に示すように、実施形態の圧電振動片10は、圧電板11と、圧電板11の表面に形成された励振電極22と、励振電極の周囲に形成されたマウント電極26,28と、を備えている。
(Piezoelectric vibrating piece)
3A and 3B are explanatory views of the piezoelectric vibrating piece according to the embodiment, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 3A, the piezoelectric vibrating piece 10 of the embodiment includes a piezoelectric plate 11, an excitation electrode 22 formed on the surface of the piezoelectric plate 11, a mount electrode 26 formed around the excitation electrode, 28.

圧電板11は、水晶等の圧電材料をATカットして形成されている。圧電板11は、Z方向の長さがX方向より長くなるように形成されている。すなわち、Z方向が長辺方向であり、X方向が短辺方向である。また図3(b)に示すように、圧電板11はY方向が厚さ方向であり、Y方向の両面に主面を有している。実施形態の圧電振動片10は、いわゆるメサ型の圧電振動片であり、両主面の中央をY方向に突出させたメサ形状の部分(以下、メサ部と言う。)12を有している。メサ部12の表面と、圧電板11の周縁部16の表面との間は、傾斜面14で接続されている。   The piezoelectric plate 11 is formed by AT-cutting a piezoelectric material such as quartz. The piezoelectric plate 11 is formed so that the length in the Z direction is longer than that in the X direction. That is, the Z direction is the long side direction, and the X direction is the short side direction. As shown in FIG. 3B, the piezoelectric plate 11 has a thickness direction in the Y direction and main surfaces on both sides in the Y direction. The piezoelectric vibrating piece 10 of the embodiment is a so-called mesa-type piezoelectric vibrating piece, and has a mesa-shaped portion (hereinafter, referred to as a mesa portion) 12 in which the centers of both main surfaces protrude in the Y direction. . An inclined surface 14 is connected between the surface of the mesa portion 12 and the surface of the peripheral edge portion 16 of the piezoelectric plate 11.

図3(a)に示すように、メサ部12の表面には励振電極22が形成されている。また周縁部16の表面には、+Z方向にマウント電極26が形成され、−Z方向にマウント電極28が形成されている。一対のマウント電極26,28は、メサ部12を挟んでZ方向の両端部に配置されている。そして、励振電極22とマウント電極26とを接続する引き回し電極24が形成されている。   As shown in FIG. 3A, an excitation electrode 22 is formed on the surface of the mesa unit 12. Further, on the surface of the peripheral portion 16, a mount electrode 26 is formed in the + Z direction, and a mount electrode 28 is formed in the -Z direction. The pair of mount electrodes 26 and 28 are disposed at both ends in the Z direction with the mesa 12 interposed therebetween. A lead electrode 24 that connects the excitation electrode 22 and the mount electrode 26 is formed.

前述した励振電極22、引き回し電極24およびマウント電極26は、圧電板の両主面に形成されている。図3(b)に示すように、+Z方向において両主面A,Bに形成されたマウント電極26A,26Bは、圧電板11の+Z側面に形成された側面電極27を介して相互に接続されている。また、−Z方向において両主面A,Bに形成されたマウント電極28A,28Bは、圧電板11の−Z側面に形成された側面電極29を介して相互に接続されている。そして第1主面Aでは、励振電極22Aとマウント電極26Aとが、引き回し電極24Aを介して接続されている。また第2主面Bでは、励振電極22Bとマウント電極28Bとが、引き回し電極24Bを介して接続されている。   The excitation electrode 22, the lead-out electrode 24, and the mount electrode 26 described above are formed on both main surfaces of the piezoelectric plate. As shown in FIG. 3B, the mount electrodes 26A and 26B formed on both main surfaces A and B in the + Z direction are connected to each other via a side electrode 27 formed on the + Z side surface of the piezoelectric plate 11. ing. In addition, the mount electrodes 28A and 28B formed on both main surfaces A and B in the −Z direction are connected to each other via a side electrode 29 formed on the −Z side surface of the piezoelectric plate 11. On the first main surface A, the excitation electrode 22A and the mount electrode 26A are connected via the routing electrode 24A. On the second main surface B, the excitation electrode 22B and the mount electrode 28B are connected via the routing electrode 24B.

(スプリアス振動のシミュレーション)
一般に、圧電振動片10(圧電板11)の外形寸法が製造誤差等により変化すると、スプリアス振動の発生状況が変化する。圧電振動片10の外形寸法には製造誤差等によるばらつきが見込まれるので、圧電振動片10の外形寸法がそのばらつきの範囲内にある場合には、良好な振動特性を発揮することが要求される。
本願の発明者は、メサ部12の段差(高さ)寸法に応じたスプリアス振動の発生状況と、そのスプリアス振動が圧電振動片10の外形寸法によりどのように変化するかを調査するため、シミュレーションを行った。
(Simulation of spurious vibration)
In general, when the external dimensions of the piezoelectric vibrating piece 10 (piezoelectric plate 11) change due to manufacturing errors or the like, the occurrence of spurious vibrations changes. Since the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece 10 are expected to vary due to manufacturing errors and the like, when the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece 10 are within the variation range, it is required to exhibit good vibration characteristics. .
The inventor of the present application conducts a simulation in order to investigate the occurrence of spurious vibration according to the step (height) dimension of the mesa portion 12 and how the spurious vibration changes depending on the outer dimension of the piezoelectric vibrating piece 10. Went.

シミュレーションの条件は以下のとおりである。図3に示す圧電振動片10において、圧電振動片10のZ方向の長さPZ=720μm、圧電振動片10のX方向の長さPX=540μm、圧電振動片10のY方向の厚さPY=64μmとした。なお、圧電振動片10の厚さPYを64μmとしたが、PYが10μm以上120μm以下の圧電振動片であれば、同様の振動特性を示すことが確認されている。前述した圧電振動片10の寸法は、いわゆる1210サイズの圧電振動子(Z方向の長さ1.2mm、X方向の長さ1.0mm)に封入される圧電振動片の標準的な寸法である。これに対して、1210サイズより大型の1612サイズの圧電振動子に封入される圧電振動片でも、同様の振動特性を示すと考えられる。また、1210サイズより小型の1008サイズや、それ以下のサイズの圧電振動子に封入される圧電振動片でも、同様の振動特性を示すと考えられる。したがって、本発明は前述した寸法の圧電振動片に限定されるものではない。   The simulation conditions are as follows. In the piezoelectric vibrating piece 10 shown in FIG. 3, the length PZ of the piezoelectric vibrating piece 10 is PZ = 720 μm, the length of the piezoelectric vibrating piece 10 is PX = 540 μm, and the thickness of the piezoelectric vibrating piece 10 in the Y direction PY = The thickness was 64 μm. Although the thickness PY of the piezoelectric vibrating piece 10 is set to 64 μm, it has been confirmed that the piezoelectric vibrating piece having PY of 10 μm to 120 μm exhibits similar vibration characteristics. The dimensions of the piezoelectric vibrating piece 10 described above are standard dimensions of a piezoelectric vibrating piece enclosed in a so-called 1210 size piezoelectric vibrator (length in the Z direction is 1.2 mm, length in the X direction is 1.0 mm). . On the other hand, it is considered that a piezoelectric vibrating piece enclosed in a 1612 size piezoelectric vibrator larger than the 1210 size also exhibits similar vibration characteristics. In addition, it is considered that the piezoelectric vibration piece sealed in a piezoelectric vibrator having a size of 1008 smaller than the 1210 size or smaller than that exhibits the same vibration characteristics. Therefore, the present invention is not limited to the piezoelectric vibrating piece having the dimensions described above.

また、メサ部12のZ方向の長さMZ=480μm、メサ部12のX方向の長さMX=410μmとして、メサ部12のY方向の厚さ(段差)MYを様々に設定した。そして、それぞれのMYについて、圧電振動片10のX方向の長さPXと、圧電振動片10のZ方向の長さPZとを変化させた場合の振動特性を調査した。   Further, the thickness (level difference) MY in the Y direction of the mesa portion 12 was variously set, with the length MZ in the Z direction of the mesa portion 12 being 480 μm and the length MX in the X direction of the mesa portion 12 being 410 μm. And about each MY, the vibration characteristic at the time of changing the length PX of the X direction of the piezoelectric vibrating piece 10 and the length PZ of the Z direction of the piezoelectric vibrating piece 10 was investigated.

図4〜図10は、圧電振動片の振動特性のシミュレーション結果を示すグラフである。各図の横軸は、圧電振動片の設計寸法に対する変化量(μm)である。各図において、(a)は圧電振動片のX方向の長さPXを変化させた場合であり、(b)は圧電振動片のZ方向の長さPZを変化させた場合である。また各図の縦軸は、圧電振動片の周波数を、設計周波数に対する変化率(ppm)で示したものである。白丸は主振動の周波数を示し、黒丸はスプリアス振動の周波数を示している。なお、複数の黒丸を結んだ線は、主振動に近いスプリアス振動モードの周波数を連続的に示すものである。   4 to 10 are graphs showing simulation results of vibration characteristics of the piezoelectric vibrating piece. The horizontal axis of each figure is the amount of change (μm) with respect to the design dimension of the piezoelectric vibrating piece. In each figure, (a) shows a case where the length PX in the X direction of the piezoelectric vibrating piece is changed, and (b) shows a case where the length PZ in the Z direction of the piezoelectric vibrating piece is changed. Moreover, the vertical axis | shaft of each figure shows the frequency (ppm) of the frequency of a piezoelectric vibrating piece with respect to a design frequency. A white circle indicates the frequency of the main vibration, and a black circle indicates the frequency of the spurious vibration. A line connecting a plurality of black circles continuously indicates the frequency of the spurious vibration mode close to the main vibration.

また、グラフ中央の太い破線で囲まれた矩形領域(以下、中央領域と言う。)は、圧電振動片の寸法変化が±2μm、周波数変化率が±2000ppmの領域である。圧電振動片の外径寸法は、製造誤差により±2μm程度のばらつきが見込まれるので、このばらつきの範囲内で良好な振動特性を発揮することが要求される。また、圧電振動片の主振動に対して±2000ppmの近接範囲にスプリアス振動モードが存在すると、スプリアス振動が主振動に影響して、良好な振動特性を発揮することが難しくなる。したがって、中央領域にスプリアス振動モードが少ないほど、良好な振動特性が得られやすいと言える。   A rectangular region surrounded by a thick broken line at the center of the graph (hereinafter referred to as a central region) is a region where the dimensional change of the piezoelectric vibrating piece is ± 2 μm and the frequency change rate is ± 2000 ppm. Since the outer diameter of the piezoelectric vibrating piece is expected to vary by about ± 2 μm due to manufacturing errors, it is required to exhibit good vibration characteristics within the range of this variation. Further, if the spurious vibration mode exists in the proximity range of ± 2000 ppm with respect to the main vibration of the piezoelectric vibrating piece, the spurious vibration affects the main vibration, and it becomes difficult to exhibit good vibration characteristics. Therefore, it can be said that the better the vibration characteristics, the easier the spurious vibration mode is in the central region.

図4は、段差MYが2μmの圧電振動片の振動特性である。図4(a)では中央領域に4個のスプリアス振動モードが存在し、図4(b)でも中央領域に4個のスプリアス振動モードが存在している。したがって、段差MYが2μmの圧電振動片では、スプリアス振動が主振動に影響して、良好な振動特性を得ることが難しいと言える。なお、図3に示すメサ部12の段差MYが小さい場合には、メサ部12に振動エネルギーを閉じ込めにくくなる。その結果、メサ部12以外の領域で発生した振動が、スプリアス振動になると考えられる。   FIG. 4 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 2 μm. In FIG. 4A, there are four spurious vibration modes in the central area, and in FIG. 4B, there are four spurious vibration modes in the central area. Therefore, it can be said that it is difficult to obtain good vibration characteristics in the piezoelectric vibrating piece having the step MY of 2 μm because the spurious vibration affects the main vibration. In addition, when the level | step difference MY of the mesa part 12 shown in FIG. As a result, it is considered that the vibration generated in the area other than the mesa portion 12 becomes spurious vibration.

図5は、段差MYが3μmの圧電振動片の振動特性である。図5(a)では中央領域に4個のスプリアス振動モードが存在するが、図5(b)では中央領域に2個のスプリアス振動モードが存在するだけである。この結果から、段差MYが3μmの場合には、圧電振動片の外形寸法がZ方向にばらついても、良好な振動特性が得られやすいと言える。   FIG. 5 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 3 μm. In FIG. 5A, there are four spurious vibration modes in the central region, but in FIG. 5B, only two spurious vibration modes exist in the central region. From this result, it can be said that when the step MY is 3 μm, good vibration characteristics can be easily obtained even if the outer dimension of the piezoelectric vibrating piece varies in the Z direction.

図6は、段差MYが7μmの圧電振動片の振動特性である。図6(a)では中央領域に2個のスプリアス振動モードが存在するだけであり、図6(b)でも中央領域に2個のスプリアス振動モードが存在するだけである。この結果から、段差MYが7μmの場合には、圧電振動片の外形寸法がX方向およびZ方向にばらついても、良好な振動特性が得られると考えられる。   FIG. 6 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 7 μm. In FIG. 6A, only two spurious vibration modes exist in the central region, and in FIG. 6B, only two spurious vibration modes exist in the central region. From this result, it is considered that when the step MY is 7 μm, good vibration characteristics can be obtained even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary in the X direction and the Z direction.

図7は、段差MYが9μmの圧電振動片の振動特性である。図7(a)では中央領域に2個のスプリアス振動モードが存在するだけであり、図7(b)では中央領域に1個のスプリアス振動モードが存在するだけである。この結果から、段差MYが9μmの場合には、圧電振動片の外形寸法がX方向およびZ方向にばらついても、極めて良好な振動特性が得られると考えられる。   FIG. 7 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 9 μm. In FIG. 7A, only two spurious vibration modes exist in the central region, and in FIG. 7B, only one spurious vibration mode exists in the central region. From this result, it is considered that when the step MY is 9 μm, extremely good vibration characteristics can be obtained even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary in the X direction and the Z direction.

図8は、段差MYが13μmの圧電振動片の振動特性である。図8(a)では中央領域に1個のスプリアス振動モードが存在するだけであるが、図8(b)では中央領域に3個のスプリアス振動モードが存在している。この結果から、段差MYが13μmの場合には、圧電振動片の外形寸法がX方向にばらついても、良好な振動特性が得られやすいと言える。   FIG. 8 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 13 μm. In FIG. 8A, only one spurious vibration mode exists in the central region, but in FIG. 8B, three spurious vibration modes exist in the central region. From this result, it can be said that when the step MY is 13 μm, good vibration characteristics can be easily obtained even if the outer dimension of the piezoelectric vibrating piece varies in the X direction.

図9は、段差MYが14μmの圧電振動片の振動特性である。図9(a)では中央領域に1個のスプリアス振動モードが存在するだけであり、図9(b)でも中央領域に1個のスプリアス振動モードが存在するだけである。この結果から、段差MYが14μmの場合には、圧電振動片の外形寸法がX方向およびZ方向にばらついても、極めて良好な振動特性が得られると考えられる。   FIG. 9 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 14 μm. In FIG. 9A, only one spurious vibration mode exists in the central region, and in FIG. 9B, only one spurious vibration mode exists in the central region. From this result, it is considered that when the step MY is 14 μm, extremely good vibration characteristics can be obtained even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary in the X direction and the Z direction.

図10は、段差MYが15μmの圧電振動片の振動特性である。図10(a)では中央領域に2個のスプリアス振動モードが存在するだけであり、図10(b)でも中央領域に2個のスプリアス振動モードが存在するだけである。この結果から、段差MYが15μmの場合には、圧電振動片の外形寸法がX方向およびZ方向にばらついても、良好な振動特性が得られると考えられる。   FIG. 10 shows vibration characteristics of a piezoelectric vibrating piece having a step MY of 15 μm. In FIG. 10A, only two spurious vibration modes exist in the central region, and in FIG. 10B, only two spurious vibration modes exist in the central region. From this result, it is considered that when the step MY is 15 μm, good vibration characteristics can be obtained even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary in the X direction and the Z direction.

以上の結果から、圧電振動片の段差MYを3μm以上に設定すれば、良好な振動特性が得られやすくなる。また、圧電振動片の段差MYを7μm以上に設定すれば、特に良好な振動特性を得ることができる。
なお、段差MYを15μmより大きくすると、図3のメサ部12自体のひずみ変形が大きくなるため、メサ部12の境界部分の変形に起因したスプリアス振動が多くなると考えられる。したがって、圧電振動片の段差MYを15μm以下に設定することで、良好な振動特性を得ることができる。
From the above results, if the step MY of the piezoelectric vibrating piece is set to 3 μm or more, good vibration characteristics can be easily obtained. Moreover, if the step MY of the piezoelectric vibrating piece is set to 7 μm or more, particularly good vibration characteristics can be obtained.
Note that if the level difference MY is larger than 15 μm, the strain deformation of the mesa portion 12 itself in FIG. 3 increases, so that it is considered that the spurious vibration due to the deformation of the boundary portion of the mesa portion 12 increases. Therefore, good vibration characteristics can be obtained by setting the step MY of the piezoelectric vibrating piece to 15 μm or less.

図11は、圧電振動片の段差寸法とCI値との関係を示すグラフである。図11の横軸は段差MYであり、縦軸はCI値である。なお、本実施形態のようにZ方向に離間した一対のマウント電極で圧電振動片を両持ち支持した場合を丸で示し、従来技術のようにZ方向の一方端部のみで圧電振動片を片持ち支持した場合を三角で示している。このグラフによれば、両持ちの圧電振動片では、段差MYが8μm付近でCI値が極小値となる。前述したように段差MYを3μm以上15μm以下とすれば、CI値が比較的小さくなるため好ましい。また段差MYを5μm以上12μm以下とすれば、CI値が特に小さくなるためより好ましい。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the step size of the piezoelectric vibrating piece and the CI value. The horizontal axis in FIG. 11 is the level difference MY, and the vertical axis is the CI value. In addition, the case where the piezoelectric vibrating piece is supported at both ends by a pair of mount electrodes spaced apart in the Z direction as in the present embodiment is indicated by a circle, and the piezoelectric vibrating piece is separated by only one end portion in the Z direction as in the prior art The case of holding and supporting is indicated by a triangle. According to this graph, in the double-sided piezoelectric vibrating piece, the CI value becomes the minimum value when the step MY is around 8 μm. As described above, if the step MY is 3 μm or more and 15 μm or less, the CI value is relatively small, which is preferable. Further, if the step MY is 5 μm or more and 12 μm or less, the CI value is particularly small, which is more preferable.

一方、圧電振動片を両持ち支持した場合のCI値は、片持ち支持した場合に比べて全体的に低くなっている。したがって、圧電振動片を両持ち支持することにより、CI値を低減することができる。   On the other hand, the CI value when the piezoelectric vibrating reed is supported on both ends is lower as a whole than when the cantilever is supported. Therefore, the CI value can be reduced by supporting the piezoelectric vibrating piece by both ends.

以上に詳述したように、図3に示す本実施形態の圧電振動片10は、矩形板状に形成され、第1主面Aと第2主面Bの両方にメサ部12が形成されており、厚みすべりモードで振動するATカット圧電振動片10において、Z方向に離間した一対のマウント電極26,28で支持可能に形成されており、かつメサ部12の段差の高さMYが3μm以上である構成とした。   As described in detail above, the piezoelectric vibrating piece 10 of this embodiment shown in FIG. 3 is formed in a rectangular plate shape, and the mesa portion 12 is formed on both the first main surface A and the second main surface B. In the AT-cut piezoelectric vibrating piece 10 that vibrates in the thickness-slip mode, the AT-cut piezoelectric vibrating piece 10 is formed so as to be supported by a pair of mount electrodes 26 and 28 separated in the Z direction, and the step height MY of the mesa portion 12 is 3 μm or more. It was set as the structure which is.

前述したシミュレーションの結果、Z方向に離間した一対のマウント電極26,28で圧電振動片10を両持ち支持した場合には、Z方向の一方側のみで圧電振動片を片持ち支持した場合に比べて、CI値を低減できる。
一方、メサ部12の段差が低いと、メサ部12に振動エネルギーを閉じ込めにくくなり、メサ部12以外の領域でスプリアス振動が発生しやすくなる。これに対して、メサ部12の段差の高さMYが3μm以上の場合には、スプリアス振動が発生しにくくなり、主振動周波数の近接範囲内に存在するスプリアス振動が少なくなる。そのため、圧電振動片10の外形寸法が製造誤差によりばらついても、主振動に対するスプリアス振動の影響を抑制できる。
したがって、Z方向に離間した一対のマウント電極26,28で支持可能に形成されており、かつメサ部12の段差の高さMYを3μm以上とすることで、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片10を提供できる。
As a result of the simulation described above, when the piezoelectric vibrating reed 10 is supported in a cantilever manner by a pair of mount electrodes 26 and 28 separated in the Z direction, the piezoelectric vibrating reed is supported in a cantilever manner only on one side in the Z direction. Thus, the CI value can be reduced.
On the other hand, when the level difference of the mesa portion 12 is low, it becomes difficult to confine vibration energy in the mesa portion 12, and spurious vibrations are likely to occur in a region other than the mesa portion 12. On the other hand, when the height MY of the step of the mesa portion 12 is 3 μm or more, spurious vibrations are less likely to occur and spurious vibrations existing in the proximity range of the main vibration frequency are reduced. Therefore, even if the outer dimension of the piezoelectric vibrating piece 10 varies due to manufacturing errors, the influence of spurious vibration on the main vibration can be suppressed.
Therefore, it is formed so as to be supported by a pair of mount electrodes 26 and 28 separated in the Z direction, and the height MY of the step of the mesa portion 12 is set to 3 μm or more, so that both miniaturization and CI value reduction can be achieved. It is possible to provide the piezoelectric vibrating piece 10 that is realized and that the spurious vibration hardly affects the main vibration.

また、メサ部12の段差の高さMYが15μm以下であることが望ましい。
メサ部12の段差が高いと、メサ部12自体のひずみ変形が大きくなり、メサ部12の境界部分の変形に起因したスプリアス振動が発生しやすくなる。これに対して、メサ部12の段差の高さMYが15μm以下の場合には、スプリアス振動が発生しにくくなり、主振動周波数の近接範囲内に存在するスプリアス振動が少なくなる。そのため、圧電振動片の外形寸法が製造誤差によりばらついても、主振動に対するスプリアス振動の影響を抑制できる。したがって、メサ部12の段差の高さMYを15μm以下とすることで、スプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片10を提供できる。
Further, the height MY of the step of the mesa portion 12 is desirably 15 μm or less.
When the level difference of the mesa portion 12 is high, the strain deformation of the mesa portion 12 itself becomes large, and spurious vibration due to the deformation of the boundary portion of the mesa portion 12 is likely to occur. On the other hand, when the height MY of the step of the mesa portion 12 is 15 μm or less, spurious vibrations are less likely to occur, and spurious vibrations existing in the proximity range of the main vibration frequency are reduced. Therefore, even if the outer dimensions of the piezoelectric vibrating piece vary due to manufacturing errors, the influence of spurious vibration on the main vibration can be suppressed. Therefore, by setting the height MY of the step of the mesa portion 12 to 15 μm or less, it is possible to provide the piezoelectric vibrating piece 10 in which the spurious vibration hardly affects the main vibration.

一対のマウント電極26,28は、圧電振動片10の周縁部分において支持可能に構成されていることが望ましい。
メサ部12から離れた周縁部分で圧電振動片10を支持することにより、メサ部12に振動エネルギーを閉じ込めやすくなり、スプリアス振動が発生しにくくなる。したがって、スプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動片10を提供できる。
It is desirable that the pair of mount electrodes 26 and 28 be configured to be supported at the peripheral portion of the piezoelectric vibrating piece 10.
By supporting the piezoelectric vibrating piece 10 at the peripheral portion away from the mesa portion 12, it becomes easy to confine vibration energy in the mesa portion 12, and spurious vibrations are less likely to occur. Therefore, it is possible to provide the piezoelectric vibrating piece 10 in which the spurious vibration hardly affects the main vibration.

一方、図2に示す本発明の圧電振動子1は、ベース基板2とリッド基板3とによって形成されるキャビティC内に、前述した圧電振動片10が収容されている。
この構成によれば、前述した圧電振動片10を備えているので、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動子1を提供できる。
On the other hand, in the piezoelectric vibrator 1 of the present invention shown in FIG. 2, the above-described piezoelectric vibrating piece 10 is accommodated in the cavity C formed by the base substrate 2 and the lid substrate 3.
According to this configuration, since the piezoelectric vibrating reed 10 described above is provided, it is possible to provide both the size reduction and the CI value reduction, and it is possible to provide the piezoelectric vibrator 1 in which the spurious vibration hardly affects the main vibration. .

(発振器)
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図12を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器100は、図12に示すように、圧電振動子1を、集積回路101に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器100は、コンデンサ等の電子部品102が実装された基板103を備えている。基板103には、発振器用の上述した集積回路101が実装されており、この集積回路101の近傍に、圧電振動子1が実装されている。これら電子部品102、集積回路101及び圧電振動子1は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
(Oscillator)
Next, an embodiment of an oscillator according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, the oscillator 100 according to the present embodiment is configured such that the piezoelectric vibrator 1 is an oscillator electrically connected to the integrated circuit 101. The oscillator 100 includes a substrate 103 on which an electronic component 102 such as a capacitor is mounted. On the substrate 103, the above-described integrated circuit 101 for the oscillator is mounted, and the piezoelectric vibrator 1 is mounted in the vicinity of the integrated circuit 101. The electronic component 102, the integrated circuit 101, and the piezoelectric vibrator 1 are electrically connected by a wiring pattern (not shown). Each component is molded with a resin (not shown).

このように構成された発振器100において、圧電振動子1に電圧を印加すると、この圧電振動子1内の圧電振動片10が振動する。この振動は、圧電振動片10が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路101に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路101によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子1が発振子として機能する。   In the oscillator 100 configured as described above, when a voltage is applied to the piezoelectric vibrator 1, the piezoelectric vibrating piece 10 in the piezoelectric vibrator 1 vibrates. This vibration is converted into an electric signal by the piezoelectric characteristics of the piezoelectric vibrating piece 10 and input to the integrated circuit 101 as an electric signal. The input electrical signal is subjected to various processes by the integrated circuit 101 and is output as a frequency signal. Thereby, the piezoelectric vibrator 1 functions as an oscillator.

また、集積回路101の構成を、例えば、RTC(リアルタイムクロック)モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。   Further, by selectively setting the configuration of the integrated circuit 101, for example, an RTC (real-time clock) module or the like according to a request, the operation date and time of the device and the external device in addition to a single-function oscillator for a clock, etc. A function for controlling the time, providing a time, a calendar, and the like can be added.

上述したように、本実施形態の発振器100によれば、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動子1を備えているので、低消費電力で高精度な周波数信号を得ることができる発振器100を提供できる。   As described above, according to the oscillator 100 of the present embodiment, the piezoelectric vibrator 1 that achieves both miniaturization and reduction of the CI value and has a spurious vibration hardly affecting the main vibration is provided. An oscillator 100 that can obtain a highly accurate frequency signal with low power consumption can be provided.

(電子機器)
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図13を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子1を有する携帯情報機器110を例にして説明する。
(Electronics)
Next, an embodiment of an electronic apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. Note that the portable information device 110 having the above-described piezoelectric vibrator 1 will be described as an example of the electronic device.

はじめに本実施形態の携帯情報機器110は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。   First, the portable information device 110 of the present embodiment is represented by, for example, a mobile phone, and is a development and improvement of a wrist watch in the prior art. The appearance is similar to that of a wristwatch, and a liquid crystal display is arranged in a portion corresponding to a dial so that the current time and the like can be displayed on this screen. Further, when used as a communication device, it is possible to perform communication similar to that of a conventional mobile phone by using a speaker and a microphone that are removed from the wrist and incorporated in the inner portion of the band. However, it is much smaller and lighter than conventional mobile phones.

次に、本実施形態の携帯情報機器110の構成について説明する。この携帯情報機器110は、図13に示すように、圧電振動子1と、電力を供給するための電源部111とを備えている。電源部111は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部111には、各種制御を行う制御部112と、時刻等のカウントを行う計時部113と、外部との通信を行う通信部114と、各種情報を表示する表示部115と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部116とが並列に接続されている。そして、電源部111によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。   Next, the configuration of the portable information device 110 of this embodiment will be described. As shown in FIG. 13, the portable information device 110 includes the piezoelectric vibrator 1 and a power supply unit 111 for supplying power. The power supply unit 111 is made of, for example, a lithium secondary battery. The power supply unit 111 includes a control unit 112 that performs various controls, a clock unit 113 that counts time, a communication unit 114 that communicates with the outside, a display unit 115 that displays various types of information, A voltage detection unit 116 that detects the voltage of the functional unit is connected in parallel. The power unit 111 supplies power to each functional unit.

制御部112は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部112は、予めプログラムが書き込まれたROMと、このROMに書き込まれたプログラムを読み出して実行するCPUと、このCPUのワークエリアとして使用されるRAM等とを備えている。   The control unit 112 controls each function unit to control operation of the entire system such as transmission and reception of audio data, measurement and display of the current time, and the like. The control unit 112 includes a ROM in which a program is written in advance, a CPU that reads and executes the program written in the ROM, and a RAM that is used as a work area of the CPU.

計時部113は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子1とを備えている。圧電振動子1に電圧を印加すると圧電振動片10が振動し、この振動が水晶等の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部112と信号の送受信が行われ、表示部115に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。   The timer unit 113 includes an integrated circuit including an oscillation circuit, a register circuit, a counter circuit, an interface circuit, and the like, and the piezoelectric vibrator 1. When a voltage is applied to the piezoelectric vibrator 1, the piezoelectric vibrating piece 10 vibrates, and this vibration is converted into an electric signal by the piezoelectric characteristics of quartz or the like, and is input to the oscillation circuit as an electric signal. The output of the oscillation circuit is binarized and counted by a register circuit and a counter circuit. Then, signals are transmitted to and received from the control unit 112 via the interface circuit, and the current time, current date, calendar information, or the like is displayed on the display unit 115.

通信部114は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部117、音声処理部118、切替部119、増幅部120、音声入出力部121、電話番号入力部122、着信音発生部123及び呼制御メモリ部124を備えている。   The communication unit 114 has functions similar to those of a conventional mobile phone, and includes a radio unit 117, a voice processing unit 118, a switching unit 119, an amplification unit 120, a voice input / output unit 121, a telephone number input unit 122, and a ring tone generation unit. 123 and a call control memory unit 124.

無線部117は、音声データ等の各種データを、アンテナ125を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部118は、無線部117又は増幅部120から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部120は、音声処理部118又は音声入出力部121から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部121は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。   The wireless unit 117 exchanges various data such as audio data with the base station via the antenna 125. The audio processing unit 118 encodes and decodes the audio signal input from the radio unit 117 or the amplification unit 120. The amplifying unit 120 amplifies the signal input from the audio processing unit 118 or the audio input / output unit 121 to a predetermined level. The voice input / output unit 121 includes a speaker, a microphone, and the like, and amplifies a ringtone and a received voice or collects a voice.

また、着信音発生部123は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部119は、着信時に限って、音声処理部118に接続されている増幅部120を着信音発生部123に切り替えることによって、着信音発生部123において生成された着信音が増幅部120を介して音声入出力部121に出力される。   In addition, the ring tone generator 123 generates a ring tone in response to a call from the base station. The switching unit 119 switches the amplifying unit 120 connected to the voice processing unit 118 to the ringing tone generating unit 123 only when an incoming call is received, so that the ringing tone generated in the ringing tone generating unit 123 is transmitted via the amplifying unit 120. To the audio input / output unit 121.

なお、呼制御メモリ部124は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部122は、例えば、0から9の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。   The call control memory unit 124 stores a program related to incoming / outgoing call control of communication. The telephone number input unit 122 includes, for example, a number key from 0 to 9 and other keys. By pressing these number keys and the like, a telephone number of a call destination is input.

電圧検出部116は、電源部111によって制御部112等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部112に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部114を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、3V程度となる。電圧検出部116から電圧降下の通知を受けた制御部112は、無線部117、音声処理部118、切替部119及び着信音発生部123の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部117の動作停止は、必須となる。更に、表示部115に、通信部114が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。   When the voltage applied to each functional unit such as the control unit 112 by the power supply unit 111 falls below a predetermined value, the voltage detection unit 116 detects the voltage drop and notifies the control unit 112 of the voltage drop. . The predetermined voltage value at this time is a value set in advance as a minimum voltage necessary for stably operating the communication unit 114, and is, for example, about 3V. Upon receiving the voltage drop notification from the voltage detection unit 116, the control unit 112 prohibits the operations of the radio unit 117, the voice processing unit 118, the switching unit 119, and the ring tone generation unit 123. In particular, it is essential to stop the operation of the wireless unit 117 with high power consumption. Further, the display unit 115 displays that the communication unit 114 has become unusable due to insufficient battery power.

即ち、電圧検出部116と制御部112とによって、通信部114の動作を禁止し、その旨を表示部115に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部115の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×(バツ)印を付けるようにしても良い。   That is, the operation of the communication unit 114 can be prohibited by the voltage detection unit 116 and the control unit 112, and that effect can be displayed on the display unit 115. This display may be a text message, but as a more intuitive display, a x (X) mark may be attached to the telephone icon displayed at the top of the display surface of the display unit 115.

なお、通信部114の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部126を備えることで、通信部114の機能をより確実に停止することができる。   In addition, the function of the communication part 114 can be stopped more reliably by providing the power supply cutoff part 126 that can selectively cut off the power of the part related to the function of the communication part 114.

上述したように、本実施形態の携帯情報機器110によれば、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動子1を備えているので、低消費電力で高精度な時計情報を表示できる携帯情報機器110を提供できる。   As described above, according to the portable information device 110 of the present embodiment, the piezoelectric vibrator 1 that achieves both miniaturization and reduction of the CI value and is less susceptible to spurious vibrations on the main vibration is provided. Therefore, the portable information device 110 that can display highly accurate clock information with low power consumption can be provided.

(電波時計)
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図14を参照して説明する。
本実施形態の電波時計130は、図14に示すように、フィルタ部131に電気的に接続された圧電振動子1を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
(Radio watch)
Next, an embodiment of a radio timepiece according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 14, the radio timepiece 130 of this embodiment includes the piezoelectric vibrator 1 electrically connected to the filter unit 131, and receives a standard radio wave including timepiece information to accurately It is a clock with a function of automatically correcting and displaying the correct time.

日本国内には、福島県(40kHZ)と佐賀県(60kHZ)とに、標準の電波を送信する送信所(送信局)があり、それぞれ標準電波を送信している。40kHZ若しくは60kHZのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した2つの送信所で日本国内を全て網羅している。   In Japan, there are transmitting stations (transmitting stations) that transmit standard radio waves in Fukushima Prefecture (40 kHZ) and Saga Prefecture (60 kHZ), each transmitting standard radio waves. Long waves such as 40 kHz and 60 kHz have both the property of propagating the ground surface and the property of propagating while reflecting the ionosphere and the surface of the earth, so the propagation range is wide, and the above two transmitters cover all of Japan. doing.

以下、電波時計130の機能的構成について詳細に説明する。   Hereinafter, the functional configuration of the radio timepiece 130 will be described in detail.

アンテナ132は、40kHZ若しくは60kHZの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、40kHZ若しくは60kHZの搬送波にAM変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ133によって増幅され、複数の圧電振動子1を有するフィルタ部131によって濾波、同調される。   The antenna 132 receives a long standard radio wave of 40 kHz or 60 kHz. The long standard radio wave is obtained by subjecting time information called a time code to AM modulation on a carrier of 40 kHz or 60 kHz. The received long standard wave is amplified by the amplifier 133 and filtered and tuned by the filter unit 131 having the plurality of piezoelectric vibrators 1.

本実施形態における圧電振動子1は、上述した搬送周波数と同一の40kHZ及び60kHZの共振周波数を有する圧電振動子部138、139をそれぞれ備えている。   The piezoelectric vibrator 1 according to this embodiment includes piezoelectric vibrator portions 138 and 139 having resonance frequencies of 40 kHz and 60 kHz that are the same as the carrier frequency described above.

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路134により検波復調される。続いて、波形整形回路135を介してタイムコードが取り出され、CPU136でカウントされる。CPU136では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、RTC137に反映され、正確な時刻情報が表示される。   Further, the filtered signal having a predetermined frequency is detected and demodulated by the detection and rectification circuit 134. Subsequently, the time code is taken out via the waveform shaping circuit 135 and counted by the CPU 136. The CPU 136 reads information such as the current year, accumulated date, day of the week, and time. The read information is reflected in the RTC 137, and accurate time information is displayed.

なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは77.5KHZの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計130を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子1を必要とする。   In addition, although the above-mentioned description was shown in the example in Japan, the frequency of the long standard wave is different overseas. For example, a standard radio wave of 77.5 KHZ is used in Germany. Accordingly, when the radio timepiece 130 that can be used overseas is incorporated in a portable device, the piezoelectric vibrator 1 having a frequency different from that in Japan is required.

上述したように、本実施形態の電波時計130によれば、小型化とCI値低減の両立を実現し、またスプリアス振動が主振動に対して影響を及ぼしにくい圧電振動子1を備えているので、低消費電力で高精度に時刻をカウントできる電波時計130を提供できる。   As described above, according to the radio-controlled timepiece 130 of the present embodiment, the piezoelectric vibrator 1 that achieves both miniaturization and reduction of the CI value and is less susceptible to spurious vibrations on the main vibration is provided. Therefore, it is possible to provide a radio timepiece 130 that can count time with high power consumption and high accuracy.

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、圧電振動子のパッケージは実施形態の材料および構造に限られず、様々な材料および構造のパッケージとすることができる。
また、実施形態の圧電振動片ではZ方向の長さをX方向より長く形成したが、X方向の長さをZ方向より長く形成してもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the package of the piezoelectric vibrator is not limited to the material and structure of the embodiment, and may be a package of various materials and structures.
In the piezoelectric vibrating piece according to the embodiment, the length in the Z direction is longer than that in the X direction, but the length in the X direction may be longer than that in the Z direction.

A…第1主面 B…第2主面 C…キャビティ MY…段差の高さ 1…圧電振動子 2…ベース基板 3…リッド基板 10…圧電振動片 12…メサ部(メサ形状) 26,28…マウント電極   A ... 1st main surface B ... 2nd main surface C ... Cavity MY ... Height of level | step difference 1 ... Piezoelectric vibrator 2 ... Base board 3 ... Lid board | substrate 10 ... Piezoelectric vibrating piece 12 ... Mesa part (mesa shape) 26,28 ... Mount electrode

Claims (3)

Z´軸方向を長手方向とする矩形板状に形成され、第1主面と第2主面の少なくとも一方にメサ形状が形成されており、厚みすべりモードで振動する圧電振動片において、
励振電極が形成された前記メサ形状に隣接する周縁部であって、かつ長辺方向と平行な方向に離間した2点であって短辺上の一部において支持可能に形成されており、かつ前記メサ形状の段差の高さが3μm以上である圧電振動片。
In a piezoelectric vibrating piece that is formed in a rectangular plate shape with the Z′-axis direction as a longitudinal direction, and has a mesa shape on at least one of the first main surface and the second main surface, and vibrates in a thickness-slip mode,
It is a peripheral part adjacent to the mesa shape on which the excitation electrode is formed, and is formed to be supportable at a part on the short side at two points separated in a direction parallel to the long side direction, and A piezoelectric vibrating piece having a mesa-shaped step height of 3 μm or more.
前記メサ形状の段差の高さが15μm以下である請求項1に係る圧電振動片。   The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the height of the mesa-shaped step is 15 μm or less. ベース基板とリッド基板とによって形成されるキャビティ内に、請求項1または2に記載の圧電振動片が収容されている圧電振動子。   A piezoelectric vibrator in which the piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2 is accommodated in a cavity formed by a base substrate and a lid substrate.
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