JP5800043B2 - Vibrating piece and vibrator - Google Patents
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Description
本発明は、振動片および振動子に係り、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およびこの振動片を搭載する振動子に関する。 The present invention relates to a vibrating piece and a vibrator , and more particularly to a mesa-type vibrating piece in which the thickness dimension of a vibrating part is larger than that of a peripheral part and a vibrator on which the vibrating piece is mounted .
ベベル型やコンベックス型の圧電振動片に準じた形態により、振動エネルギーの閉じ込めを行うことを可能とすると共に、生産性に優れた圧電振動片の形態として、メサ型の圧電振動片が知られている。 A mesa-type piezoelectric vibrating piece is known as a form of a piezoelectric vibrating piece that is capable of confining vibration energy and has excellent productivity due to a form similar to a bevel-type or convex-type piezoelectric vibrating piece. Yes.
しかし、振動部と周辺部との境界に段差を有するメサ型圧電振動片では、この段差の影響により不要振動である屈曲振動等のスプリアスが増大することがあった。このような背景の下、特許文献1では、振動部と周辺部との間を成す段差部の位置を最適化することにより、スプリアスを抑制することが開示されている。
However, in the mesa-type piezoelectric vibrating piece having a step at the boundary between the vibrating portion and the peripheral portion, spurious such as bending vibration that is unnecessary vibration may increase due to the effect of the step. Under such a background,
また、特許文献2には、段差部の位置に加え、段差部の大きさ(深さ)を最適化することによるスプリアスの抑制、CI値の低減を図る技術が開示されている。そして特許文献3では、励振電極の形成位置を薄肉となる周辺部にまで広げ、励振電極の端部を不要振動の腹の位置に定めることによりスプリアスの抑制効果を高める旨が記載されている。
このように、メサ型圧電振動片を採用する圧電振動子では、メサ、すなわち厚肉部の端縁部分の位置や励振電極の端縁部分の位置を屈曲振動の変位との関係で最適化することにより、屈曲振動を抑制することが種々提案されている。 As described above, in the piezoelectric vibrator using the mesa-type piezoelectric vibrating piece, the position of the edge of the mesa, that is, the thick part and the position of the edge of the excitation electrode are optimized in relation to the displacement of the bending vibration. Accordingly, various proposals have been made to suppress bending vibration.
ところで、特許文献2に開示されているように、厚肉部の堀量の割合を深くするほどCI値を低減することができるが、堀量の割合がある範囲を超えるとCI値に変化が無くなり、場合によってはCI値が増大(劣化)するという現象が生ずる。このような現象に対して特許文献4では、メサ部を多段に形成することにより、堀量の確保と(段差部の深堀化)CI値の低減を図ることが開示されている。
By the way, as disclosed in
上記特許文献が示すように、メサ型構造は、その段差部の位置を特定することにより不要波を抑制することができる。また、段差部の堀量の割合を大きくするほど主振動のCI値を低減させることができるが、堀量の割合が一定の値を超えるとCI値の劣化、すなわちCI値が増大してしまう現象が生じ、生産誤差などを考慮した場合には、堀量を限界値まで大きくすることができないという実状がある。 As the above-mentioned patent document shows, the mesa structure can suppress unnecessary waves by specifying the position of the stepped portion. In addition, the CI value of the main vibration can be reduced as the ratio of the moat amount in the step portion is increased. However, when the moat ratio exceeds a certain value, the CI value is deteriorated, that is, the CI value is increased. When the phenomenon occurs and the production error is taken into consideration, there is a fact that the moat amount cannot be increased to the limit value.
また、相対的な堀量を大きくするために、メサ部を多段に形成するという特許文献4に開示されているような構成では、CI値の低減を図る事はできるが、多段メサ部を形成するためのフォトプロセスが増え、生産性が極端に悪化するという事態が生ずる事が懸念される。
そこで本発明では、生産性に優れ、従来よりもメサ部の堀量を大きくした場合であっても、CI値の劣化を生じさせない振動片およびこの振動片を備える振動子を提供することを目的とする。
Further, in the configuration disclosed in Patent Document 4 in which mesa portions are formed in multiple stages in order to increase the relative moat amount, the CI value can be reduced, but the multi-stage mesa portions are formed. There is a concern that the number of photo processes to increase the productivity and the productivity will extremely deteriorate.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a resonator element that is excellent in productivity and does not cause deterioration of the CI value even when the amount of excavation of the mesa portion is larger than that of the conventional one, and a vibrator including the resonator element. And
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明のある形態に係る振動片は、厚み滑り振動する振動部、
前記振動部の外縁のうち少なくとも前記厚み滑り振動の変位方向と交差する外縁に沿って一体化され、前記振動部よりも厚さの薄い周辺部、
及び前記周辺部に設けられている凸部、
を含む素板と、
前記振動部に設けられている励振電極と
を含み、
前記振動部の前記変位方向に沿った長さをMx、
前記素板の前記変位方向に沿って生ずる屈曲振動の波長をλとしたとき、
但し、lは正の整数、
の関係を満たし、
前記凸部の前記変位方向に沿った長さをDx、
前記振動部と前記凸部との間の長さをSxとしたとき、
Dx=(λ/2)×m、
(λ/2)×n−0.1×λ≦Sx≦(λ/2)×n+0.1×λ、
但し、mは正の整数、nは正の整数、
の関係を満たすことを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動片は、更に、前記励振電極は、前記振動部から、前記振動部と前記凸部との間に位置する前記周辺部まで設けられ、
前記周辺部に延出されている前記励振電極の端縁と前記振動部の外縁との間の距離L1は、
L1=(λ/2)×p、
但し、pは正の整数
の関係を満たすことを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動片は、前記素板の前記変位方向に沿った長さをX、
前記振動部の厚さをtとしたとき、
X≧20×t
の関係を満たすことを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動片は、前記素板が水晶板であり、
前記振動部と周辺部との段差部、および前記周辺部と前記凸部との段差部が傾斜面を有するとき、
前記Mx、前記Sx、および前記Dxは、前記傾斜面の中心を端縁とし、当該端縁を起点としてそれぞれの寸法が定められることを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動片は、前記凸部は、前記振動部の前記変位方向の両側のいずれか一方の前記周辺部に設けられていることを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動片は、前記凸部の前記変位方向と交差する方向に沿った長さが、前記振動部の前記交差する方向に沿った長さと同じであることを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動片は、前記周辺部の主面から前記凸部の主面までの高さが、前記周辺部の主面から前記振動部の主面までの高さと同じであることを特徴とする。
また、本発明のある別の形態に係る振動子は、前記振動片と、前記振動片が搭載されているパッケージと、
を備えていることを特徴とする。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
A resonator element according to an embodiment of the present invention includes a vibrating portion that vibrates in thickness and slips,
Integrated along at least the outer edge of the vibrating portion intersecting the displacement direction of the thickness-slip vibration, and a peripheral portion having a thickness smaller than that of the vibrating portion;
And convex portions provided in the peripheral portion,
Including a base plate,
An excitation electrode provided in the vibrating section;
Including
The length of the vibrating part along the displacement direction is Mx,
When the wavelength of the bending vibration generated along the displacement direction of the base plate is λ,
Where l is a positive integer,
Satisfy the relationship
The length of the convex portion along the displacement direction is Dx,
When the length between the vibrating part and the convex part is Sx,
Dx = (λ / 2) × m,
(Λ / 2) × n−0.1 × λ ≦ Sx ≦ (λ / 2) × n + 0.1 × λ,
Where m is a positive integer, n is a positive integer,
It is characterized by satisfying the relationship.
Further, in the resonator element according to another aspect of the invention, the excitation electrode is further provided from the vibrating portion to the peripheral portion located between the vibrating portion and the convex portion,
The distance L1 between the edge of the excitation electrode extending to the peripheral portion and the outer edge of the vibrating portion is:
L1 = (λ / 2) × p,
Where p is a positive integer
It is characterized by satisfying the relationship.
Further, in the resonator element according to another aspect of the invention, the length of the base plate along the displacement direction is X,
When the thickness of the vibrating part is t,
X ≧ 20 × t
It is characterized by satisfying the relationship.
Further, in the resonator element according to another aspect of the invention, the element plate is a crystal plate,
When the step portion between the vibrating portion and the peripheral portion, and the step portion between the peripheral portion and the convex portion have an inclined surface,
The Mx, the Sx, and the Dx are characterized in that each dimension is determined with the center of the inclined surface as an edge and the edge as a starting point.
Moreover, the resonator element according to another aspect of the invention is characterized in that the convex portion is provided on any one of the peripheral portions on both sides in the displacement direction of the vibrating portion.
Further, in the resonator element according to another aspect of the invention, the length of the convex portion along the direction intersecting the displacement direction is the same as the length of the vibrating portion along the intersecting direction. It is characterized by.
Further, in the resonator element according to another aspect of the invention, the height from the main surface of the peripheral portion to the main surface of the convex portion is high from the main surface of the peripheral portion to the main surface of the vibrating portion. It is characterized by the same.
A vibrator according to another aspect of the invention includes the vibrating piece, a package on which the vibrating piece is mounted,
It is characterized by having.
[適用例1]厚み滑り振動を主振動とし、周辺部に囲まれ該周辺部よりも厚み寸法が大きい振動部を有する圧電素板と、前記圧電素板の主面に配置された励振電極とを備えた圧電振動子であって、前記振動部の長辺と前記励振電極の長辺が共に、前記圧電素板の長辺と平行であり、前記圧電素板の長辺寸法をX、前記振動部の厚み寸法をt、前記振動部の長辺寸法をMx、前記励振電極の長辺寸法をExとし、前記圧電素板の長手方向に生ずる屈曲振動の波長をλとするとき、
の関係を満たし、前記振動部の長手方向の延長線上に、前記振動部の短辺方向に平行に配置された凸部を有し、前記凸部における前記主振動の変位方向の寸法をDxとしたとき、
の関係を満たし、前記振動部と前記凸部との間の寸法をSxとしたとき、
の関係を満たすことを特徴とする圧電振動子。
[Application Example 1] Piezoelectric element plate having a vibration part having a thickness shear vibration as a main vibration and surrounded by a peripheral part and having a thickness dimension larger than that of the peripheral part, and an excitation electrode disposed on the main surface of the piezoelectric element board, A long side of the vibrating part and a long side of the excitation electrode are both parallel to a long side of the piezoelectric element plate, and a long side dimension of the piezoelectric element plate is X, When the thickness dimension of the vibration part is t, the long side dimension of the vibration part is Mx, the long side dimension of the excitation electrode is Ex, and the wavelength of bending vibration generated in the longitudinal direction of the piezoelectric element plate is λ,
On the extension line in the longitudinal direction of the vibration part, and a dimension of the displacement direction of the main vibration in the convex part is Dx. When
And when the dimension between the vibrating part and the convex part is Sx,
A piezoelectric vibrator characterized by satisfying the relationship:
このような特徴を有する圧電振動子によれば、生産性に優れ、従来よりもメサ部の堀量を大きくした場合であっても、CI値の劣化を生じさせない圧電振動子とすることができる。 According to the piezoelectric vibrator having such a feature, it is possible to obtain a piezoelectric vibrator that is excellent in productivity and does not cause the CI value to deteriorate even when the amount of excavation of the mesa portion is larger than the conventional one. .
[適用例2]適用例1に記載の圧電振動子であって、前記励振電極を前記振動部主面から、前記凸部との間に位置する前記周辺部にまで延設し、前記振動部と前記周辺部に延設された励振電極の端縁部分までの距離L1は、
の関係を満たすことを特徴とする圧電振動子。
Application Example 2 In the piezoelectric vibrator according to Application Example 1, the excitation electrode extends from the main surface of the vibration part to the peripheral part located between the convex part and the vibration part. And the distance L1 to the edge portion of the excitation electrode extending in the peripheral portion is
A piezoelectric vibrator characterized by satisfying the relationship:
このような特徴を有する圧電振動子であっても、上述した特徴を有する圧電振動子と同様な効果を得ることができる。 Even a piezoelectric vibrator having such characteristics can achieve the same effects as those of the piezoelectric vibrator having the above-described characteristics.
[適用例3]適用例1または適用例2に記載の圧電振動子であって、前記圧電素板が水晶板であり、前記振動部と周辺部との段差部、および前記周辺部と前記凸部との段差部が傾斜面を有し、前記振動部の寸法、前記振動部から前記凸部までの寸法、および前記凸部の寸法はそれぞれ前記傾斜面の中心を基準として定められることを特徴とする圧電振動子。 [Application Example 3] The piezoelectric vibrator according to Application Example 1 or Application Example 2, wherein the piezoelectric element plate is a crystal plate, a stepped part between the vibrating part and the peripheral part, and the peripheral part and the convex The step portion with the portion has an inclined surface, and the dimension of the vibrating portion, the dimension from the vibrating portion to the convex portion, and the dimension of the convex portion are determined based on the center of the inclined surface, respectively. Piezoelectric vibrator.
このような特徴を有する圧電振動子によれば、ウエットエッチングにより圧電振動片を形成する場合であっても、寸法を定めるための基準を得ることができる。 According to the piezoelectric vibrator having such a feature, even when the piezoelectric vibrating piece is formed by wet etching, a reference for determining dimensions can be obtained.
[適用例4]適用例1乃至適用例3のいずれか1例に記載の圧電振動子であって、前記凸部は、前記振動部の長手方向側のいずれか一方の端部側のみに設けたことを特徴とする圧電振動子。 Application Example 4 In the piezoelectric vibrator according to any one of Application Examples 1 to 3, the convex portion is provided only on one end side on the longitudinal direction side of the vibration portion. A piezoelectric vibrator characterized by that.
このような特徴を有する圧電振動片を実装する場合であっても、上記特徴を有する圧電振動子と同様な効果を得ることができる。 Even when the piezoelectric vibrating piece having such characteristics is mounted, the same effect as that of the piezoelectric vibrator having the above characteristics can be obtained.
[適用例5]適用例1乃至適用例3のいずれか1例に記載の圧電振動子であって、前記凸部の短辺寸法を、前記振動部の短辺寸法に合わせたことを特徴とする圧電振動子。 [Application Example 5] The piezoelectric vibrator according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein a short side dimension of the convex part is matched with a short side dimension of the vibration part. Piezoelectric vibrator.
このような特徴を有することにより、少なくとも振動部となる振動部の範囲に生ずる屈曲振動を抑制することが可能となる。 By having such a feature, it is possible to suppress bending vibration that occurs at least in the range of the vibration part serving as the vibration part.
[適用例6]適用例1乃至適用例5のいずれか1例に記載の圧電振動子であって、前記周辺部を基準とした前記振動部の高さと前記凸部の高さとを同じにしたことを特徴とする圧電振動子。 [Application Example 6] In the piezoelectric vibrator according to any one of Application Examples 1 to 5, the height of the vibration part and the height of the convex part with respect to the peripheral part are set to be the same. A piezoelectric vibrator characterized by that.
このような特徴を有することにより、凸部の形成と振動部の形成を、一度のエッチング工程で行うことができる。よって圧電振動片の生産性を高めることができ、圧電振動子自体の生産性も向上させることができる。 By having such a feature, the convex portion and the vibrating portion can be formed in a single etching step. Therefore, the productivity of the piezoelectric vibrating piece can be increased, and the productivity of the piezoelectric vibrator itself can be improved.
以下、本発明の圧電振動子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。まず、図1を参照して、本発明の圧電振動子に係る第1の実施形態について説明する。なお、図1において図1(A)は圧電振動子の正面構成を示す図であり、図1(B)は、蓋体を透過した状態の平面構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the piezoelectric vibrator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a first embodiment according to a piezoelectric vibrator of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a diagram illustrating a front configuration of the piezoelectric vibrator, and FIG. 1B is a diagram illustrating a planar configuration in a state of being transmitted through a lid.
本実施形態に係る圧電振動子10は、圧電振動片12とパッケージ30とを基本として構成される。圧電振動片12は、ATカット、あるいはBTカットと呼ばれるカット角で切り出された、厚み滑り振動を主振動として励起される水晶素板(圧電素板)により構成される。なお、当該水晶素板(圧電振動片12)において、水晶のX軸に平行な辺を長辺とし、水晶のZ´軸に平行な辺を短辺とし、前記水晶素板の厚みをY´軸に平行であるものとする。
The
このような水晶素板により構成される圧電振動片12は、厚肉部(振動部)14と薄肉部(周辺部)16、凸部18、および電極膜20により構成される。厚肉部14は、薄肉部16との関係で定義され、厚肉部14の周囲に薄肉部16が設けられている。本実施形態では、前述のように水晶のX軸に平行な方向を長辺とした矩形状の平板上に、互いの長辺が平行となるように平面が矩形状の厚肉部14を重ねて一体化した形態を1枚の素板により構成している。なお厚肉部14は、薄肉部16の両主面に凸となるように設けられる。
The piezoelectric vibrating
このように設けられた厚肉部14の長辺に平行な方向に、すなわち厚肉部14における主振動の変位方向(図中X軸方向)に平行な方向に、直交する方向に伸びる凸部18が設けられる。薄肉部16の表面を基準として、凸部18のY´方向の厚みは、厚肉部14のY´軸方向の厚みと同じ高さ(堀量)を有する。また、凸部18の伸びる方向は、厚肉部14の幅方向(図中Z′軸方向)に平行となるように設けられる。本実施形態において凸部18のZ′軸方向長さは、厚肉部14の幅と同じ寸法としている。
A convex portion extending in a direction orthogonal to the direction parallel to the long side of the
電極膜20は、励振電極22と引出し電極24、および入出力電極26とを有する。本実施形態においては、励振電極22は厚肉部14の一方の面(14a)と他方の面(14b)の双方に形成される。また、励振電極22の形態は、特に限定するものでは無いが、本実施形態においては、図1(B)に示すように、厚肉部14の平面形状に相似な形状としている。入出力電極26は、薄肉部16における長手方向の一方の端部(基部側端部と称す)の他方の面に設けられる。引出し電極24は、厚肉部14の一方の面と他方の面に形成された励振電極22と、薄肉部16の基部側端部における他方の面に形成された入出力電極26とを電気的に接続するように引き回される。
The
このような基本構成を有する圧電振動片12では、不要波である屈曲振動の波長λは、振動部として構成される厚肉部14の板厚t(mm)により決まる。ここで、厚肉部14の板厚t(mm)と、圧電振動片12の主振動である厚み滑り振動の周波数f(MHz)との関係は、
特許文献1や3に記載されているように、厚肉部14の端縁部分と励振電極22の端縁部分が共に、屈曲振動の波形(屈曲変位)の腹の位置にある場合、屈曲振動成分が抑制されることが知られている。そこで、厚肉部14の端縁部分や励振電極22の端縁部分を屈曲変位の腹の位置と一致させるための寸法を屈曲振動の波形λとの関係で示すと、数式3となる。なお、図2より、励振電極22の長辺寸法をEx(mm)、厚肉部14の長辺寸法をMx(mm)とする。
As described in
なお、数式3で示す関係例の場合、厚肉部14の中心位置と励振電極22の中心位置とを一致させることが前提となる。
In the case of the relationship example represented by
また、厚肉部の長辺寸法Mx(mm)と波長λ(mm)との関係は、数式4とすることができる。 Further, the relationship between the long side dimension Mx (mm) of the thick portion and the wavelength λ (mm) can be expressed by Equation 4.
なお、上記のような関係式は、水晶素板の長辺寸法X(mm)が、厚肉部14の厚み寸法t(mm)に対して十分に大きい事を前提とする。具体的には、数式5の関係を満たすようにすれば良い。
The above relational expression assumes that the long side dimension X (mm) of the quartz base plate is sufficiently larger than the thickness dimension t (mm) of the
上記のような関係を満たす圧電振動片12によれば、屈曲振動成分は抑制される。しかしながら、このような関係を満たすだけでは、厚肉部14の堀量がある割合を超えた場合に、CI値には極端な劣化が生ずることが知られている。
According to the piezoelectric vibrating
そこで本実施形態では、更に、図2、図3に示すように、凸部18を薄肉部16に設けると共に、当該凸部18と屈曲振動との関係において、凸部18の端縁部分が屈曲変位の腹と一致するよう関係付けることに想到した。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the
そしてこのような関係を満たすためには、凸部18におけるX軸方向寸法Dx(mm)と、厚肉部14の端縁部分から凸部18の端縁部分までの寸法Sx(mm)とを屈曲変位の波長λとの関係で求め、これを満たすようにすれば良い。
And in order to satisfy such a relationship, the X-axis direction dimension Dx (mm) in the
以上を踏まえた場合における凸部18におけるX軸方向寸法Dx(mm)は、
このような関係を全て満たすことにより、厚肉部14の端縁部分、励振電極22の端縁部分、凸部18の端縁部分は、すべて屈曲変位の腹に位置することとなり、屈曲振動の抑制を図ることができる。
By satisfying all of these relationships, the end portion of the
また、このような構成とすることにより、厚肉部14の高さ(堀量)を大きくした場合におけるCI値の劣化を抑制することができる。図4に、凸部を設けず、厚肉部の端縁部分と励振電極の端縁部分を屈曲変位の腹に一致させたメサ型圧電振動子(従来技術)と、本実施形態(本願発明)に係る前記凸部を有するメサ型圧電振動子における堀量(Md)の割合の違いに対するCI値の変化を示す。図4を観察すると、同じMd同士の従来構造と本願発明とを比較すると前記凸部を設けることによりCI値が低下している傾向があり、圧電素板の長辺の長さをX=1.375(mm)としたときに最も効果があることが分かった。
Further, by adopting such a configuration, it is possible to suppress the deterioration of the CI value when the height (the amount of moat) of the
図4から読み取れるように、従来技術に係る圧電振動子では、全てのサイズ(X寸法)において、Mdを15%(厚み寸法tに対する割合)から20%へ増加させた場合に、CI値の劣化を確認することができる。これに対して本願発明に係る圧電振動片12では、Mdの値が15%から20%へ増加すると、Md=15%におけるCI値に比べ、劣化が殆ど無く(X=1.375mm)、X=1.385(mm)の場合、CI値がMd=15%に比べて若干劣化していることが観察されるが、CI値が更に低下する(X=1.365mmのとき)条件もあることが解る。
As can be seen from FIG. 4, in the piezoelectric vibrator according to the prior art, when Md is increased from 15% (ratio to the thickness dimension t) to 20% in all sizes (X dimension), the CI value is deteriorated. Can be confirmed. On the other hand, in the piezoelectric vibrating
このように、上記構成を満たす圧電振動片12を採用する本実施形態に係る圧電振動子10によれば、厚肉部14の堀量の割合(Md)を大きくした場合であってもCI値の劣化を抑制することができる。このため、オーバーエッチングによるCI値の劣化を考慮する事無く、所望のCI値を得ることのできる堀量の割合を有する圧電振動子を量産することが可能となる。
As described above, according to the
ここで、水晶素板は、ウエットエッチング(以下、単にエッチングと称す)により形状形成を行うと、結晶方向の異方性により断面に傾斜が生ずることがある。本実施形態で使用するATカット水晶素板の場合、図3に示すように、厚肉部14と薄肉部16との間の段差部分が傾斜面となるが、本実施形態では結晶方向の異方性によって生ずる傾斜面の中間点を端縁部分と定め、この部分を屈曲変位の腹に一致させるように構成すれば、CI特性が良好な圧電振動子を実現することが可能である。
Here, when the crystal base plate is formed by wet etching (hereinafter simply referred to as etching), the cross section may be inclined due to anisotropy in the crystal direction. In the case of the AT-cut quartz base plate used in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the step portion between the
また、本実施形態に係る圧電振動片12では、厚肉部14と凸部18の配置関係において、±0.1λ程度の許容差を持つ事ができる。これは、図5に示すCI特性の評価結果から分るように、厚肉部14と凸部18との間の間隔をずらした場合、CI値が劣化することに基づき、図5(A)によれば、CI値は、厚肉部14と凸部18との間が10μm変化するごとに10Ω程度劣化していることが解った。図5(A)に例を挙げた圧電振動子は、周波数fを24(MHz)で、X寸法を1.375(mm)、Mdを20%としており、屈曲振動の波長λを約107(μm)としている。なお、図5(A)において基準とするグラフは、厚肉部14から凸部18までの寸法を示すメサ端−凸間の値が、凸部18の幅を示す凸幅Dxの値の2倍に最も近い右のグラフとした。
Further, in the piezoelectric vibrating
図5(A)の右のグラフを基準として、Sxの値(メサ−凸間の値)がズレて10μm変化したときのCI値に関し、従来構造における圧電振動子のCI値(図4参照)よりも良好であり、ズレ量が20(μm)としたときにCI値の劣化がみられたことから、このズレ両10(μm)が実質的な許容範囲であることが分った。 With reference to the graph on the right side of FIG. 5A, the CI value when the Sx value (the value between the mesa and the convexity) is shifted and changed by 10 μm, and the CI value of the piezoelectric vibrator in the conventional structure (see FIG. 4). Since the CI value was deteriorated when the amount of deviation was 20 (μm), it was found that both of the deviations 10 (μm) were in a substantially allowable range.
また、周波数fを26(MHz)とした圧電振動子においては、図5(B)に示すように、凸部の位置を10(μm)変化させた場合であってもCI値に劣化が見られない。なお、図5(B)では、メサ−凸間の値と凸幅の値とを一致させた真中のグラフを基準とする。また、屈曲振動の波長λは、約98(μm)である。 Further, in the piezoelectric vibrator having the frequency f of 26 (MHz), as shown in FIG. 5B, even when the position of the convex portion is changed by 10 (μm), the CI value is deteriorated. I can't. In FIG. 5B, the middle graph in which the value between the mesa-convex and the value of the convex width are matched is used as a reference. Further, the wavelength λ of the bending vibration is about 98 (μm).
これらのシミュレーション評価に基づき、本実施形態に係る圧電振動子においては、Sxの値は、±10(μm)程度の誤差が生じた場合であってもCI値の劣化にほとんど影響を与えることは無いと考えられる。よって、本実施形態においては、Sxの許容差を±10(μm)と定めた。また、f=24(MHz)の圧電振動子における屈曲変位の波長λは約107(μm)であり、f=26(MHz)の圧電振動子における屈曲変位の波長λは約98(μm)であることより、これらの圧電振動子における屈曲変位の波長を約100(μm)と仮定すると、
次に、圧電振動子を構成するパッケージは、パッケージベースと蓋体とより成る。図1に示すパッケージベース32は、矩形箱状を成し、内部底面に内部実装端子38を備え、外部底面には外部端子40を備える。なお、内部実装端子38と外部実装端子40とは、図示しない配線パターンにより、電気的に接続されている。
Next, the package constituting the piezoelectric vibrator includes a package base and a lid. The
上述した圧電振動片12は、導電性接着剤等の接合部材42を介して、パッケージベース32に実装される。実装工程としては、パッケージベース32における内部実装端子38に接合部材が塗布され、塗布された接合部材42の上部に入出力電極が位置するように、圧電振動片12が搭載されることによる。
The piezoelectric vibrating
図1に示すように、箱型のパッケージベース32を採用した場合には、蓋体34として平板状の、いわゆるリッドが採用される。蓋体34は、ロウ材としてのシームリング36を介してパッケージベース32に接合されることとなる。
As shown in FIG. 1, when a box-shaped
このような構成の圧電振動子10は、以下のような工程により製造される。
まず、ATカット、あるいはBTカットの水晶素板に対し、耐食膜を形成する。その後、耐食膜を覆うようにしてレジスト膜を構成し、レジスト膜に対して厚肉部14、および凸部18を除いた部分を開口するパターニング処理を行う。パターニングされたレジスト膜をマスクとして耐食膜をエッチングし、次にレジスト膜と耐食膜をマスクとして水晶素板をエッチングする。
The
First, a corrosion-resistant film is formed on an AT-cut or BT-cut quartz base plate. Thereafter, a resist film is formed so as to cover the corrosion-resistant film, and a patterning process for opening a portion excluding the
なお、エッチングによる水晶の堀量、および結晶方向の異方性によって生ずる結晶面の角度は既知であるため、エッチングを行う際のレジスト膜のパターニングは、これを考慮して成されることとなる。 In addition, since the amount of crystal trenches by etching and the angle of the crystal plane caused by the anisotropy of the crystal direction are known, the patterning of the resist film at the time of etching is performed in consideration of this. .
エッチングによる外形形成を終えた水晶素板からレジスト膜と耐食膜を剥離し、励振電極22、入出力電極26、および引出し電極24を形成するための金属膜を形成する。金属膜の形成は、蒸着やスパッタなどの手段によれば良い。
The resist film and the corrosion-resistant film are peeled off from the crystal blank after the outer shape formation by etching, and a metal film for forming the
金属膜形成後、金属膜をレジスト膜で被覆し、励振電極22、入出力電極26、および引出し電極24の形状に沿ってレジスト膜をパターニングする。レジスト膜をパターニングした後、パターニングされたレジスト膜をマスクとして金属膜をエッチングして電極膜20を得ることで、圧電振動片12を構成する。
After the metal film is formed, the metal film is covered with a resist film, and the resist film is patterned along the shapes of the
その後、レジスト膜を剥離し、別途形成されたパッケージベース32に対して圧電振動片12を実装する。パッケージベース32に対して圧電振動片12を実装した後、蓋体34によりパッケージベース32の開口部を封止し、圧電振動子10を構成する。
Thereafter, the resist film is peeled off, and the piezoelectric vibrating
このような構成の圧電振動子10によれば、生産性に優れ、従来よりもメサ部(厚肉部14)の堀量を大きくした場合であっても、CI値の劣化を抑制することができる。よって、オーバーエッチングを気にすることなく、CI値が良好となる適正値に合わせて堀量の割合Mdを定めることが可能となる。
According to the
なお、上記実施形態においては、圧電振動子10を構成するパッケージ30は、箱状のパッケージベース32と平板状の蓋体34によって構成される旨記載した。しかしながら、本発明に係る圧電振動子10は、パッケージベースを平板状とし、蓋体を箱型のいわゆるキャップ型とすることもできる。
In the above-described embodiment, it has been described that the
次に、本発明の圧電振動子に係る第2の実施形態について、図6を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動子の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る圧電振動子と同じである。よって、その構成を同一とする箇所には図面に100を足した符号を付して、詳細な説明は省略することとする。また、図6において、図6(A)はメサ型圧電振動子の正面構成を示す図であり、図6(B)は、蓋体を透過した状態の平面構成を示す図である。 Next, a second embodiment according to the piezoelectric vibrator of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that most of the configuration of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment is the same as that of the piezoelectric vibrator according to the first embodiment described above. Therefore, portions having the same configuration are denoted by reference numerals obtained by adding 100 to the drawings, and detailed description thereof will be omitted. 6A is a diagram illustrating a front configuration of the mesa piezoelectric vibrator, and FIG. 6B is a diagram illustrating a planar configuration in a state of being transmitted through the lid.
本実施形態に係る圧電振動子110は、励振電極122を厚肉部114の長辺の延長線上(主振動の変位方向)に位置する薄肉部116にまで延設した点を特徴としている。
本実施形態における厚肉部114の長辺寸法Mxと励振電極における長辺寸法Ex1と屈曲変位の波形λの関係については、次のような関係とすることができる(図7参照)。まず、厚肉部114の長辺寸法Mxは、数式4の関係を満たすものとする。
The
In the present embodiment, the relationship between the long side dimension Mx of the
次に、厚肉部114の長辺寸法と励振電極122の長辺寸法Ex1との関係は、数式9を満たすものとする。
また、凸部118と励振電極122の端縁部分との関係においては、L1≦Sx、L2≦Sxの関係とすることより、凸部118の端縁部分と励振電極122の端縁部分とが一致することもある。
Further, regarding the relationship between the
このような関係を満たす本実施形態の圧電振動子110では、図8に示すように、厚肉部114の堀量の割合Mdを増加させた場合であっても、CI値の劣化(増加)が殆ど無いことを読み取ることができる。よって、このような構成とした場合であっても、上述した第1の実施形態に係る圧電振動子10と同様な効果を得ることができる。
In the
次に、本発明の圧電振動子に係る第3の実施形態について、図9を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動子の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る圧電振動子と同じである。よって、その構成を同一とする箇所には図面に200を足した符号を付して、詳細な説明は省略することとする。 Next, a third embodiment of the piezoelectric vibrator of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that most of the configuration of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment is the same as that of the piezoelectric vibrator according to the first embodiment described above. Therefore, portions having the same configuration are denoted by reference numerals obtained by adding 200 to the drawings, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態に係る圧電振動子210は、薄肉部216に設ける凸部218を、薄肉部216の他方の端部側(先端側端部)のみとした点を特徴としている。このような構成とする場合も厚肉部214、励振電極222、および凸部218の端縁部分はそれぞれ屈曲変位の腹の位置にくるように構成する。
The
このような構成とした場合、厚肉部214を挟み込むようにして配置していた凸部218を先端側端部のみとしたことにより、厚肉部214の堀量の割合Mdを増加させた際のCI値の劣化に影響が生じるか否かが問題となる。そこで、基部側端部に設ける凸部以外の条件を同一とした本発明に係る圧電振動片を実装した圧電振動子による堀量の割合Mdの変化に伴うCI値の変化をシミュレーションし、図10に示す。なお図10において両側凸として示すグラフが第1の実施形態に係る圧電振動子10のCI値の変化を示すものであり、片側凸として示すグラフが本実施形態に係る圧電振動子210のCI値の変化を示すものである。
In the case of such a configuration, when the
図10から明らかなように、凸部218を片側のみとした場合であっても、上述した第1の実施形態に係る圧電振動子と同様な効果を得ることができる。よって、このような構成の圧電振動子210も、本発明の一部とすることができる。
As is apparent from FIG. 10, even when the
10………圧電振動子、12………圧電振動片、14………厚肉部、16………薄肉部、18………凸部、20………電極膜、22………励振電極、24………引出し電極、26………入出力電極、30………パッケージ、32………パッケージベース、34………蓋体、36………シームリング、38………内部実装端子、40………外部端子、42………接合部材。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記振動部の外縁のうち少なくとも前記厚み滑り振動の変位方向と交差する外縁に沿って一体化され、前記振動部よりも厚さの薄い周辺部、
及び前記周辺部に設けられている凸部、
を含む素板と、
前記振動部に設けられている励振電極と
を含み、
前記振動部の前記変位方向に沿った長さをMx、
前記素板の前記変位方向に沿って生ずる屈曲振動の波長をλとしたとき、
但し、lは正の整数、
の関係を満たし、
前記凸部の前記変位方向に沿った長さをDx、
前記振動部と前記凸部との間の長さをSxとしたとき、
Dx=(λ/2)×m、
(λ/2)×n−0.1×λ≦Sx≦(λ/2)×n+0.1×λ、
但し、mは正の整数、nは正の整数、
の関係を満たすことを特徴とする振動片。 Vibration part that vibrates in thickness,
Integrated along at least the outer edge of the vibrating portion intersecting the displacement direction of the thickness-slip vibration, and a peripheral portion having a thickness smaller than that of the vibrating portion;
And convex portions provided in the peripheral portion,
Including a base plate,
An excitation electrode provided in the vibrating section;
Including
The length of the vibrating part along the displacement direction is Mx,
When the wavelength of the bending vibration generated along the displacement direction of the base plate is λ,
Where l is a positive integer,
Satisfy the relationship
The length of the convex portion along the displacement direction is Dx,
When the length between the vibrating part and the convex part is Sx,
Dx = (λ / 2) × m,
(Λ / 2) × n−0.1 × λ ≦ Sx ≦ (λ / 2) × n + 0.1 × λ,
Where m is a positive integer, n is a positive integer,
A vibrating piece characterized by satisfying the relationship
更に、前記励振電極は、前記振動部から、前記振動部と前記凸部との間に位置する前記周辺部まで設けられ、 Furthermore, the excitation electrode is provided from the vibrating portion to the peripheral portion located between the vibrating portion and the convex portion,
前記周辺部に延出されている前記励振電極の端縁と前記振動部の外縁との間の距離L1は、 The distance L1 between the edge of the excitation electrode extending to the peripheral portion and the outer edge of the vibrating portion is:
L1=(λ/2)×p、 L1 = (λ / 2) × p,
但し、pは正の整数 Where p is a positive integer
の関係を満たすことを特徴とする振動片。A vibrating piece characterized by satisfying the relationship
前記素板の前記変位方向に沿った長さをX、 The length along the displacement direction of the base plate is X,
前記振動部の厚さをtとしたとき、 When the thickness of the vibrating part is t,
X≧20×t X ≧ 20 × t
の関係を満たすことを特徴とする振動片。A vibrating piece characterized by satisfying the relationship
前記素板が水晶板であり、 The base plate is a crystal plate;
前記振動部と周辺部との段差部、および前記周辺部と前記凸部との段差部が傾斜面を有するとき、 When the step portion between the vibrating portion and the peripheral portion, and the step portion between the peripheral portion and the convex portion have an inclined surface,
前記Mx、前記Sx、および前記Dxは、前記傾斜面の中心を端縁とし、当該端縁を起点としてそれぞれの寸法が定められることを特徴とする振動片。 The resonator element according to claim 1, wherein the Mx, the Sx, and the Dx each have a dimension determined from the center of the inclined surface as an edge and the edge as a starting point.
前記凸部は、前記振動部の前記変位方向の両側のいずれか一方の前記周辺部に設けられていることを特徴とする振動片。 The resonator element according to claim 1, wherein the convex portion is provided in any one of the peripheral portions on both sides of the vibration portion in the displacement direction.
前記凸部の前記変位方向と交差する方向に沿った長さが、前記振動部の前記交差する方向に沿った長さと同じであることを特徴とする振動片。 The length of the convex portion along the direction intersecting the displacement direction is the same as the length of the vibrating portion along the intersecting direction.
前記周辺部の主面から前記凸部の主面までの高さが、前記周辺部の主面から前記振動部の主面までの高さと同じであることを特徴とする振動片。 The resonator element, wherein a height from a main surface of the peripheral portion to a main surface of the convex portion is the same as a height from the main surface of the peripheral portion to the main surface of the vibrating portion.
前記振動片が搭載されているパッケージと、 A package on which the resonator element is mounted;
を備えていることを特徴とする振動子。A vibrator characterized by comprising:
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