JP6256036B2 - 振動子、発振器、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Description
また、圧電振動片との接触面を傾斜させることにより、圧電振動片の先端部を上方に傾斜させて実装することが可能な実装治具を使用して製造された圧電振動子が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1の水晶振動子及び特許文献2の圧電振動子は、水晶片及び圧電振動片の先端部(他端部)の、容器(容器本体)との接触を回避することにより、振動特性の劣化を抑制できるとされている。
また、特許文献2の圧電振動子は、実装治具から分離された圧電振動片が、ゲル状(ペースト状)の導電性接着剤が硬化するまでの間に姿勢が変化し、先端部が容器と接触する虞がある。
この結果、圧電振動子は、例えば、周波数が規定値を超えて大幅に変動するなどの振動特性の劣化が生じる虞がある。
これにより、振動子は、振動片の振動が周辺部によって閉じ込められつつ、スプリアス(不要振動)である屈曲振動成分が抑制されることによって振動エネルギーの漏洩が殆どない凸部が支持部に支持され、支持されている凸部に隣在する固定部が容器に固定されていることから、振動片が、固定されている固定部とは反対側の周辺部(先端部)が上方に持ち上げられた傾斜姿勢で安定的に保持されている。
これにより、振動子は、振動片を機械的及び電気的に容器と接続することができ、接続端子に駆動信号を印加することによって、振動片を安定した状態で厚みすべり振動させることができる。
最初に、振動子の一例としての水晶振動子について説明する。
図1は、第1実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式展開斜視図である。図2は、図1の水晶振動子の模式平断面図であり、図2(a)は、リッド(蓋体)側から見た平面図、図2(b)は、図2(a)のA−A線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。図3は、振動片としての水晶振動片の概略構成を示す模式斜視図である。なお、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図3に示すように、水晶振動片10は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸、機械軸としてのY軸、及び光学軸としてのZ軸のうち、X軸を回転軸として、Z軸の+(プラス)側をY軸の−(マイナス)方向へ回転させた軸をZ’軸とし、Y軸の+側をZ軸の+方向へ回転させた軸をY’軸とし、X軸及びZ’軸に平行な面を主面11,12とし、Y’軸に沿った方向(Y’軸方向)を厚み方向として、水晶の原石(ランバード)などから切り出されている。
水晶振動片10は、厚みすべり振動する略矩形状の振動部13と、平面視で(Y’軸方向から見て)振動部13を囲み、振動部13より厚み寸法(Y’軸方向の寸法)が薄い周辺部14と、を含んでいる。
振動部13は、周辺部14の+Y’側及び−Y’側の両方に突出している。
水晶振動片10は、第1領域14a及び第2領域14bの少なくとも一方(ここでは第1領域14a)に、周辺部14の厚み方向(Y’軸方向)に突出しZ’軸方向に沿って延びる凸部15を有している。
凸部15は、周辺部14の+Y’側及び−Y’側の両方に、振動部13と略等しい高さまで突出している。
凸部15のZ’軸方向に沿った長さは、X軸方向からみて振動部13の幅の範囲内(振動部13が形成されている範囲内)にある。
水晶振動片10は、少なくとも振動部13に略矩形状の励振電極16,17を有し、凸部15側の周辺部14の第1領域14aの固定部18に、励振電極16,17から引き出されたマウント電極16a,17aが設けられている。
水晶振動片10は、周辺部14の第1領域14a側がパッケージ20に固定される固定端となっており、第2領域14b側が自由端となっている。
マウント電極17aは、振動部13の主面12に設けられた励振電極17から、X軸方向に沿って周辺部14の第1領域14aの+X側の端部に引き出され、端部の側面に沿って第1領域14aの主面11aに回り込み、凸部15の近傍まで延在している。
励振電極16,17及びマウント電極16a,17aは、例えば、Cr(クロム)を下地層とし、その上にAu(金)が積層された構成の金属被膜となっている。
Mx=(v+1/2)×λ±0.1λ(但し、vは正の整数)、
Dx=λ/2×m±0.1λ(但し、mは正の整数)、
Sx=λ/2×n±0.1λ(但し、nは正の整数)、
の関係を満たしていることが好ましい。なお、ここで寸法のバラツキである±0.1λは、この程度の製造バラツキ範囲であれば、水晶振動片10の特性への影響は小さいことを示している。
具体的には、上記各壁面(例えば、壁面15aなど)は、図4の2点鎖線で示した想定される屈曲振動の波形Bの頂点(最大振幅点)Pを通りY’軸と平行な仮想直線Cと、略一致するように設けられることが可能となる。
ここで、屈曲振動の波長λは、水晶振動片10の共振周波数fから、例えば、λ/2=(1.332/f)−0.0024、などの数式によって求めることができる。
なお、水晶振動片10は、励振電極16,17の端面の位置についても、同様に設定されることが好ましい。
なお、図4では説明の便宜上、ハッチングを省略してある。
10≦Lx/t≦40、
の関係を満たしていることが好ましい。
なお、上述した水晶振動片10の形状は、例えば、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術などを用いて精度よく形成することができる。
リッド23には、パッケージベース21と同材料、または、コバール、42アロイなどの金属が用いられている。
また、内底面22aには、水晶振動片10の凸部15と対向する位置に、凸部15側に突出している支持部22bが設けられている。
支持部22bは、略直方体状であって、水晶振動片10の凸部15と同方向に延在し、内部端子24a,24bより水晶振動片10の中心寄りに位置している。
また、支持部22bと内部端子24a,24bとは、互いにパッケージベース21の内底面22aから略等しい高さとなっている。
詳述すると、水晶振動片10は、凸部15が支持部22bに載置されて支持された状態で、マウント電極16a,17a(固定部18)が、例えば、銀粉、金粉、銅粉、アルミニウム粉、カーボン粉、グラファイト粉などの導電フィラーが混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤30により、内部端子24a,24bに接着固定されている。
これにより、水晶振動子1は、水晶振動片10が、周辺部14の第1領域14a側が低く、第2領域14b側が高くなる傾斜姿勢で、機械的及び電気的にパッケージ20に接続されたことになる。
電極端子26a,26bは、図示しない内部配線により内部端子24a,24bと電気的に接続されている。詳述すると、電極端子26aは、内部端子24aと電気的に接続され、電極端子26bは、内部端子24bと電気的に接続されている。
内部端子24a,24b及び電極端子26a,26bは、例えば、W(タングステン)、Mo(モリブデン)などのメタライズ層にNi(ニッケル)、Au(金)などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
支持部22bの材料としては、特に限定されないが、内部端子24a,24b及び電極端子26a,26bと同材料、またはエポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの各種樹脂材料や、パッケージベース21と一体化されたセラミックス系の絶縁性材料などが挙げられる。
なお、パッケージベース21の気密に封止された凹部22内は、減圧された真空状態(真空度の高い状態)または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
これによれば、水晶振動子1は、水晶振動片10の厚みすべり振動が周辺部14により閉じ込められつつ、スプリアス(不要振動)である屈曲振動成分が抑制されることによって振動エネルギーの漏洩が殆どない凸部15が支持部22bに支持され、凸部15側の周辺部14の第1領域14aの固定部18がパッケージベース21の内底面22a側に固定されていることになる。
この結果、水晶振動子1は、水晶振動片10の先端部(周辺部14の第2領域14b)とパッケージ20との間に十分な隙間を確保でき、例えば、周囲の温度変化に伴う各構成要素の伸縮が生じたとしても、水晶振動片10の先端部がパッケージ20と接触する虞がない。加えて、水晶振動子1は、水晶振動片10の凸部15からパッケージ20への振動エネルギーの漏洩も殆どないことから、特許文献1及び特許文献2などの従来技術より、振動特性を向上させることができる。
これにより、水晶振動子1は、水晶振動片10を機械的及び電気的にパッケージ20と接続することができ、内部端子24a,24bに駆動信号を印加することによって、水晶振動片10を安定した状態で厚みすべり振動させることができる。
この結果、水晶振動子1は、水晶振動片10の屈曲振動成分をより抑制しつつ、周辺部14における厚みすべり振動をより減衰させ、厚みすべり振動の振動エネルギーの閉じ込めを、より効率よく行うことができる。
また、支持部22bは、凸部15の延在方向(Z’軸方向)から見て、内部端子24a,24bと重なるように内部端子24a,24b側に延在していてもよい。
また、支持部22bの内底面22aからの高さは、内部端子24a,24bと略等しい高さに限定されず、凸部15の高さや、凸部15の固定部18の端部からの距離などに応じて適宜設定されてもよい。
なお、励振電極16,17は、振動部13から周辺部14の一部まで延在していてもよい。
次に、第1実施形態の変形例について説明する。
図5は、第1実施形態の変形例の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図5(a)は、リッド側から見た平面図であり、図5(b)は、図5(a)のA−A線での断面図である。なお、平面図では、リッドを省略してある。また、上記第1実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、上記第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
水晶振動片110は、凸部15が周辺部14の第1領域14a及び第2領域14bの両方に設けられている。
これによれば、水晶振動子2は、凸部15が周辺部14の第1領域14a及び第2領域14bの両方に設けられていることから、水晶振動片110の厚みすべり振動が周辺部14によって閉じ込められつつ、スプリアス(不要振動)である屈曲振動成分が更に抑制される。
この結果、水晶振動子2は、振動特性を更に向上させることができる。
次に、上述した振動子と、振動片を駆動する回路と、を備えている発振器の一例としての水晶発振器について説明する。
ICチップ40は、図示しない接続パッドが、Au(金)、Al(アルミニウム)などの金属ワイヤー41により、収容凹部22cの底面22dに設けられている内部接続端子22eと電気的に接続されている。
なお、ICチップ40の接続パッドと内部接続端子22eとの接続には、金属ワイヤー41を用いたワイヤーボンディングによる接続方法以外に、ICチップ40を反転させてのフリップチップ実装による接続方法などを用いてもよい。
そして、水晶発振器5は、この発振に伴って生じる発振信号をICチップ40、電極端子26a,26d(26c,26b)などを経由して外部に出力する。
なお、水晶発振器5は、水晶振動子1に代えて、変形例の水晶振動子2を用いても、上記と同様の効果、及び変形例の水晶振動子2特有の効果が奏された水晶発振器を提供することができる。
なお、水晶発振器5は、ICチップ40を水晶振動子1に内蔵ではなく、外付けした構成のモジュール構造(例えば、1つの基板上に水晶振動子1及びICチップ40が個別に搭載されている構造)としてもよい。
次に、上述した振動子を備えている電子機器として、携帯電話機を一例に挙げて説明する。
図7は、第3実施形態の携帯電話機を示す模式斜視図である。
携帯電話機700は、上記第1実施形態の水晶振動子1または変形例の水晶振動子2を備えている携帯電話機である。
図7に示す携帯電話機700は、上述した水晶振動子(1または2)を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用い、更に液晶表示装置701、複数の操作ボタン702、受話口703、及び送話口704を備えて構成されている。
これによれば、携帯電話機700は、水晶振動子(1または2)を備えていることから、上記第1実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮することができる。
なお、携帯電話機700の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプでもよい。
次に、上述した振動子を備えている移動体として、自動車を一例に挙げて説明する。
図8は、第4実施形態の自動車を示す模式斜視図である。
自動車800は、上記第1実施形態の水晶振動子1または変形例の水晶振動子2を備えている自動車である。
自動車800は、上述した水晶振動子(1または2)を、例えば、搭載されている各種電子制御式装置(例えば、電子制御式燃料噴射装置、電子制御式ABS装置、電子制御式一定速度走行装置など)の基準クロックを発生するタイミングデバイスとして用いている。
これによれば、自動車800は、水晶振動子(1または2)を備えていることから、上記第1実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮することができる。
Claims (10)
- 振動する振動部、および前記振動部よりも厚さが薄い部分を備えている周辺部、を有する振動片と、
内底面を有し、前記振動片が収容されている容器と、を備え、
前記振動部の振動方向を第1方向とし、平面視で前記第1方向と交差する方向を第2方向としたとき、
前記振動片は、
前記周辺部であって、前記第1方向に沿って前記振動部と並んでいる第1領域と、
前記第1領域に配置され、前記容器に固定されている固定部と、
前記第1領域であって前記固定部と前記振動部との間に配置され、前記周辺部の前記薄い部分よりも厚さ方向に突出し前記第2方向に沿って延びている第1凸部と、を含み、
前記容器は、
前記内底面であって平面視で前記第1凸部と重なる位置に、前記第1凸部側に突出している支持部を有していることを特徴とする振動子。 - 請求項1に記載の振動子において、
前記振動片は、
前記周辺部であって、前記第1方向に沿って前記振動部と並び、且つ、前記第1領域とで前記振動部を挟んでいる第2領域を有し、
前記第2領域には、前記周辺部の前記薄い部分よりも厚さ方向に突出し前記第2方向に沿って延びている第2凸部を含んでいることを特徴とする振動子。 - 請求項1または請求項2に記載の振動子において、
前記振動片は、少なくとも前記振動部に励振電極を有し、
前記固定部には、前記励振電極から引き出されたマウント電極が設けられ、
前記容器は、平面視で前記マウント電極と重なる位置に接続端子を有し、
前記マウント電極が、導電性接着剤により前記接続端子に固定されていることを特徴とする振動子。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の振動子において、
前記振動部の前記第1方向に沿った長さをMx、前記第1凸部の前記第1方向に沿った長さをDx、前記振動部と前記第1凸部との前記第1方向に沿った間隔をSx、前記振動片に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Mx=(v+1/2)×λ±0.1λ(但し、vは正の整数)、
Dx=λ/2×m±0.1λ(但し、mは正の整数)、
Sx=λ/2×n±0.1λ(但し、nは正の整数)、
の関係を満たすことを特徴とする振動子。 - 請求項4に記載の振動子において、
前記振動片の前記第1方向に沿った長さをLx、前記振動部の厚さをtとしたとき、
10≦Lx/t≦40、
の関係を満たすことを特徴とする振動子。 - 請求項3に記載の振動子において、
前記容器の前記支持部と前記接続端子とは、互いに前記容器の前記内底面から略等しい高さであることを特徴とする振動子。 - 請求項3に記載の振動子において、
前記容器の前記支持部は、平面視で前記接続端子より前記振動片の中心寄りに位置することを特徴とする振動子。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の振動子と、
前記振動片を駆動する回路と、を備えていることを特徴とする発振器。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の振動子を備えていることを特徴とする移動体。
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