JP5930526B2 - 圧電振動素子及び圧電デバイス - Google Patents
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Description
<圧電デバイス100の構成>
図1は、圧電デバイス100の分解斜視図である。圧電デバイス100は、リッド板110と、ベース板120と、圧電振動素子130と、により構成されている。圧電振動素子130には例えばATカットの水晶振動素子が用いられる。ATカットの水晶振動素子は、主面(YZ面)が結晶軸(XYZ)のY軸に対して、X軸を中心としてZ軸からY軸方向に35度15分傾斜されている。以下の説明では、ATカットの水晶振動素子の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をY’軸及びZ’軸として用いる。すなわち、圧電デバイス100においては圧電デバイス100の長辺方向をX軸方向、圧電デバイス100の高さ方向をY’軸方向、X及びY’軸方向に垂直な方向をZ’軸方向として説明する。
圧電振動素子130におけるメサ部133及び励振電極131の最適な形成位置、形状、及び大きさに関して、シミュレーションを行うことにより調べた。以下にシミュレーションの結果について説明する。
図4(a)は、圧電振動素子130aの平面図である。圧電振動素子130aは、+Y’軸側の面及び−Y’軸側の面にはメサ部133aが形成され、圧電振動素子130aの−X軸側の+Z’軸側及び−Z’軸側の角部の−Y’軸側の面には、それぞれ導電性接着剤141aが形成されるとしている。圧電振動素子にかかる応力に関するシミュレーションは、圧電振動素子130aを用いて行われた。
図5は、圧電振動素子の等価回路が示された図である。圧電振動素子は図5に示されるような等価回路で示すことができる。図5では、等価直列インダクタンスをL1、等価直列容量をC1、等価直列抵抗をR1、平行実装容量をC0としている。R1は振動時の内部摩擦及び音響損失等の振動エネルギーの損失成分を示しており、圧電振動素子のクリスタルインピーダンス(CI)に相当する値である。そのため、R1は小さい方が好ましい。C1は圧電振動素子の伸縮性及び可塑性を示す値であり、C1が大きいときに圧電振動素子の可塑性が強くなるため好ましい。以下では、圧電振動素子130b及び圧電振動素子130cに関してのC1及びR1についてシミュレーションを用いて評価することによりメサ部の寸法及び励振電極とメサ部との最適な関係を求める。
図8は、圧電振動素子の励振電極の寸法及びメサ部の寸法が示された表である。以下、図8に示された圧電振動素子に関してシミュレーションを行うことにより、メサ部が圧電振動素子に対してどの位置に形成されることが好ましいかを説明する。図8には、圧電振動素子130d、圧電振動素子130e、圧電振動素子130f、及び圧電振動素子130gの4つの圧電振動素子が示されている。圧電振動素子130dと圧電振動素子130eとは、励振電極及びメサ部が同じ寸法で形成されており、励振電極の中心と圧電振動素子の中心との距離DRのみが異なって形成されている。また、圧電振動素子130fと圧電振動素子130gとはメサ部のX軸方向の長さMXのみが異なっている。さらに、圧電振動素子130d及び130eと、圧電振動素子130f及び130gとでは、主に励振電極のX軸方向の長さRXが異なっている。
圧電振動素子は、圧電片の周りを囲む枠部が形成されていても良い。以下に、枠部が形成されている圧電振動素子230、及び圧電振動素子230を有する圧電デバイス200に関して説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態で説明された部分と同様の部分に関しては、第1実施形態における番号と同様の番号を付してその説明を省略する。
図10は、圧電デバイス200の分解斜視図である。圧電デバイス200は、圧電振動素子230と、ベース板220と、リッド板110と、を有している。圧電振動素子230は、圧電片234と圧電片234を取り囲む枠部235とを有しており、ベース板220とリッド板110とが枠部235を挟んで接合されることにより、圧電デバイス200が形成されている。
圧電振動素子230におけるメサ部233の最適な形成位置、形状、及び大きさを、シミュレーションを用いて調べた。以下にシミュレーションの結果について説明する。
図13(a)は、圧電振動素子230aの平面図である。シミュレーションは、圧電振動素子230aを用いて行われた。圧電振動素子230aの+Y’軸側の面及び−Y’軸側の面にはメサ部233が形成され、圧電振動素子230aの−X軸側の辺の+Z’軸側及び−Z’軸側の端部では、接合部237を介して振動部234と枠部235とが接続されている。
101、201 … キャビティ
110 … リッド板
111 … 凹部
112 … 接合面
120、220 … ベース板
121、221 … 凹部
122、222 … 接合面
123、223 … 接続電極
124 … 貫通電極
126、226 … 外部電極
130、130a、130b、130c、130d、130e、130f、130g、230、230a … 圧電振動素子
131、131c、231 … 励振電極
132、232 … 引出電極
133、133a、233 … メサ部
134、234 … 圧電片
135 … 周辺部
141、141a、141b … 導電性接着剤
142 … 封止材
224 … 側面電極
225 … キャスタレーション
235 … 枠部
236 … 貫通溝
237 … 接続部
AX … 圧電片のX軸方向の長さ
AZ … 圧電片のZ’軸方向の長さ
CA … 圧電片の中心
CM … メサ部の中心
CR … 励振電極の中心
DM … 第2距離
DR … 第1距離
MX … メサ部のX軸方向の長さ
MZ … メサ部のZ’軸方向の長さ
RX … 励振電極のX軸方向の長さ
RZ … 励振電極のZ’軸方向の長さ
SX … 導電性接着剤141bのX軸方向の長さ
SZ … 導電性接着剤141bのZ’軸方向の長さ
Claims (3)
- 長辺及び短辺を含む矩形形状に形成され、第1主面とその裏面の第2主面とを有し、少なくとも前記第1主面に周辺部よりも厚みのあるメサ部を有する圧電片と、
前記第1主面及び前記第2主面に形成された一対の励振電極と、
前記一対の励振電極から一方の前記短辺に引き出された一対の引出電極と、
を備え、
前記励振電極は前記メサ部の面積よりも広く、また、前記メサ部が形成される主面では前記メサ部を覆うように形成され、
前記励振電極の中心は前記圧電片の中心から他方の前記短辺側に第1距離だけ離れ、
前記メサ部の中心は、前記圧電片の中心から前記他方の前記短辺側に第2距離だけ離れ、
前記第2距離は前記第1距離よりも大きく、前記長辺の長さの0.073倍〜0.148倍である圧電振動素子。 - 前記圧電片を囲み、前記圧電片の前記一方の短辺に接続される枠部を備え、
前記一対の引出電極は前記一方の短辺からさらに前記枠部に引き出されている請求項1に記載の圧電振動素子。 - 請求項1又は請求項2に記載の圧電振動素子と、
前記圧電振動素子が載置されるベース板と、
前記圧電片を密封するリッド板と、
を備える圧電デバイス。
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