JP7240200B2 - 圧電振動片、及び圧電振動子 - Google Patents
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Description
この種の圧電振動子では、パッケージと蓋体で形成されるキャビティ内に実装部を形成し、この実装部に導電性接着剤等の接合材で固定している(特許文献1)。
例えば、図6(a)に示すサイドアーム型の圧電振動片600の場合、基部800一方の端部から一対の振動腕部700が形成されると共に、基部800から振動腕部700の両側に並行に延在される一対の支持腕部900が設けられている。
そして、図6(a)のZ-Z断面を表した図6(b)に示すように、支持腕部900を、キャビティ内の実装部に形成した電極パッド200に導電性接着剤500で接着することで、圧電振動片600をキャビティ内に固定している。
特に、圧電振動子の小型化に伴い、圧電振動片とパッケージとが小型化し、導電性接着剤による接着面積が少なくなっているため、厚み方向の衝撃に対する剥がれを防止する必要がある。
(2)請求項2に記載の発明では、基部と、前記基部から並んで延設された一対の振動腕部と、前記基部と前記一対の振動腕部の外表面に形成された、前記一対の振動腕部を励振させる2系統の励振電極と、導電性接着剤で実装部に接着されることで圧電振動片を支持する支持部と、前記支持部における前記実装部と対向する実装側主面に形成され、前記励振電極と接続された2系統のマウント電極と、前記支持部に形成され、前記実装側主面と連続する側面に、前記実装側主面に対して鋭角に傾斜して形成された傾斜側面と、少なくとも一部を支持部とし、前記振動腕部の両外側に形成された前記基部と繋がる一対の支持腕部と、を具備し、前記傾斜側面は、前記一対の支持腕部における、両側面、又は、前記振動腕部と対向しない側の前記側面に形成されている、ことを特徴とする圧電振動片を提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、前記傾斜側面は、前記支持部の厚さ方向の全面、又は、少なくとも実装側主面に連続する所定高さまで形成されている、ことを特徴とする請求項1又は、請求項2に記載の圧電振動片を提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、前記請求項1から請求項3のうちのいずれか1の請求項に記載の圧電振動片と、内側に前記実装部を備えたパッケージと、前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極部と、前記実装部と、前記圧電振動片における前記傾斜側面を含む前記支持部とを接着する導電性接着剤と、を有することを特徴とする圧電振動子を提供する。
(1)実施形態の概要
本実施形態の圧電振動片6は、音叉型の圧電振動片であり、基部8の一端側から一対の振動腕部7が長手方向に延設(接続)される。また、基部8の他端側から、接続部81を介して振動腕部7の外側に一対の支持腕部9が形成される。この支持腕部9とキャビティ内の実装部14に形成した電極パッド20とが、導電性接着剤51により接着されることで、圧電振動片6が実装される。
本実施形態の圧電振動片6では、一対の支持腕部9a、9bの両側面のうち少なくとも一方の側面(傾斜側面91a、91b)が、実装部14側の主面部に対して鋭角となるように傾斜させている。この傾斜側面91a、91bを鋭角に形成することで、主面部から傾斜側面に回り込んだ導電性接着剤51に対して、引っ掛かり部となることで、厚さ方向の耐衝撃性を向上させることができる。
なお、傾斜側面91a、91bは、圧電振動片6の厚さ方向の全体にわたって傾斜している必要はなく、少なくとも導電性接着剤51が回り込む範囲の一部でも形成されていればよい。好ましくは、支持腕部9a、9bの厚さに対して1/3以上の高さ(厚さ方向)まで傾斜して形成される。この場合の、傾斜側面91a、91bよりも上側の側面部分の角度については任意であり、実装部14側の主面部に対して直角でも鈍角でもよい。
本実施形態及び変形例で説明する各圧電振動片は、従来と同様にエッチング処理により形成する。傾斜側面については、エッチング処理を行う際に形成するマスクの位置やエッチング時間の調整により形成する。
図1は、本実施形態に係る圧電振動片6の構成と、支持腕部9の形状についての説明図である。
圧電振動片6は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された、いわゆる音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
本実施形態では、圧電材料として水晶を使用して形成した圧電振動片のうち、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片6を例に説明する。
以下、振動腕部7a、7bの長さ方向(図1(a)の左右方向)を長手方向、振動腕部7a、7bが対向する方向(図1(a)の上下方向)を幅方向、圧電振動片6の厚さの方向(図1(b)の上下方向)を厚さ方向という。
一対の振動腕部7a、7bは、互いに並行となるように配置されており、基部8の反対側の端部には拡幅部71a、71bが接続されている。一対の振動腕部7a、7bは、基部8側の端部を固定端とし、拡幅部71a、71bを自由端として振動する。
拡幅部71a、71bは、振動腕部7a、7bにおける長手方向のほぼ中央部分の幅を基準幅とした場合、この基準幅よりも両側(幅方向)に広くなるように形成されている。
この拡幅部71a、71bは、振動腕部7a、7bと合わせた総重量及び振動時の慣性モーメントを増大する機能を有している。これにより、振動腕部7a、7bは振動し易くなり、振動部分(振動腕部7a、7bと拡幅部71a、71b)の長さを短くすることができ、小型化が図られている。
支持腕部9a、9bは、導電性接着剤51a、51bで実装部(後述する)に接着されることで、圧電振動片6を支持する支持部として機能する。
図示しないが、支持腕部9aの一方の主面には第1系統のマウント電極が形成され、支持腕部9bの同じ主面には第2系統のマウント電極が形成されている。
支持腕部9a、9bは、両マウント電極と、後述する実装部14A、14Bに形成された電極パッド20A、20Bとが、シリコーン系の導電性接着剤51a、51bで接続されることで、キャビティC内に実装される。
図1(b)に示すように、支持腕部9a、9bの両側面のうち、振動腕部7a、7bと対向する側の側面と、両主面のうちの実装部14側の主面(以下、実装側主面という)とのなす角が鋭角に形成されている。
以下、実装側主面とのなす角が鋭角に形成されている支持腕部9a、9bの側面を傾斜側面91a、91bという。
この傾斜側面91a、91bは、支持部として機能する支持腕部9a、9bに形成されることで、実装側主面と交差する両側面のうち少なくとも一方の側面に形成された傾斜側面として機能している。
この導電性接着剤51a、51bにより電極パッド20A、20Bに接着された支持腕部9a、9bは、その傾斜側面91a、91bが厚さ方向の力に対する引っ掛かり部として機能するので、厚さ方向の耐衝撃性を向上させることができる。
また、傾斜側面91a、91bが振動腕部7a、7bから離れる方向に傾斜しているので、傾斜していない反対側の面に側に比べて、導電性接着剤51a、51bの盛り上がりを小さくする(なだらかにする)ことができる。すなわち、導電性接着剤51a、51bが、傾斜側面91a、91bにより、振動腕部7a、7bから離れた方向に引っ張られたのと同じ状態になるので、導電性接着剤51a、51bが振動腕部7a、7bの表面に形成した励振電極(後述する)と接触(ショート)する可能性を少なくすることができる。
更に、側面を傾斜側面91a、91bとすることで、導電性接着剤51a、51bとの接着面積を増やすことができる。
本実施形態の傾斜側面91a、91bは、内側の側面全体にわたって形成されているため、図1(c)に示すように、台形形状に形成されている。そして、実装側主面の幅をW1とし、傾斜側面91a、91bの終端部(本実施形態では反対側の主面位置)での幅をW2とした場合、W2<W1となるように形成されている。
このため、図1(d)に示すように、傾斜側面91a、91bは実装側主面から厚さ方向の途中まで形成するようにしてもよい。この場合、傾斜側面91a、91bの実装側主面と反対側の端部位置における幅がW2(<W1)となる。
この場合、傾斜側面91a、91bから、実装側主面の反対側主面まで延伸する側面92a、92bの角度(主面に対する角度)は任意であり、図1(d)では、直角の場合を表しているが、鋭角でも、鈍角でもよい。
具体的には、第1系統の励振電極が、主に一方の振動腕部7aの溝部72a内と、他方の振動腕部7bの側面上とに互いに電気的に接続された状態で形成されている。
また、第2系統の励振電極が、主に他方の振動腕部7bの溝部72b内と、一方の振動腕部7aの側面上とに互いに電気的に接続された状態で形成されている。
そして、支持腕部9aの実装側主面に形成された第1系統のマウント電極と、振動腕部7a、7bに形成された第1系統の励振電極とが、第1系統の引回し電極により接続されている。また、支持腕部9bの実装側主面に形成された第2系統のマウント電極と、振動腕部7a、7bに形成された第2系統の励振電極とが、第2系統の引回し電極により接続されている。
詳細については後述するが、圧電振動子1のキャビティC内に圧電振動片6が実装された状態で、振動腕部7a、7bに形成された2系統の励振電極は、2系統のマウント電極、導電性接着剤51a、51b、電極パッド20A、20B等を介して外部電極21A、21Bから電圧が印加されるようになっている。
図2は、図1(b)と同様に、図1(a)のQ-Q線における断面を表したものである。
図1で説明した実施形態では、支持腕部9a、9bの両側面のうち、振動腕部7a、7bと対向する内側の側面にだけ傾斜側面91a、91bを形成している。
これに対し、図2(a)に示した第1変形例では、支持腕部9a、9bの両側面、すなわち、内側の側面だけでなく外側の側面にも傾斜側面91a、91bを形成したものである。この変形例によれば、両側に傾斜側面91a、91bが形成されることで、より厚さ方向の耐衝撃性が高くなるとともに、第1実施形態と同様に導電性接着剤51a、51bが振動腕部7a、7bに接触(ショート)する可能性を少なくすることができる。
この第2変形例も、第1実施形態と同様に、導電性接着剤51a、51bの接触面積を大きくすると共に、厚さ方向の耐衝撃性を向上させることができる。
第1実施形態では、支持腕部9a、9bで圧電振動片6を固定支持する、いわゆるサイドアーム型における、実装部(支持腕部9a、9b)を対象としている。
これに対して、第2実施形態では、支持腕部9a、9bがない、いわゆる片持ち型の圧電振動片6を対象としている。この第2実施形態の圧電振動片6では、基部8の一部(実装側主面と側面)が支持部として機能している。
図3(a)に示すように、片持ち型の圧電振動片6は、第1実施形態で説明した圧電振動片6と同様に、基部8から2本の振動腕部7a、7bが並行に延設され、振動腕部7a、7bには、溝部72a、72bが形成されると共に、第1、第2系統の励振電極が形成されている。
そして、第1実施形態では第1、第2系統のマウント電極が支持腕部9a、9bに形成されているのに対し、この第2実施形態では、第1系統のマウント電極と第2系統のマウント電極が所定間隔を空けて基部8に形成されている。第1系統のマウント電極と、第2系統のマウント電極は、基部8の実装側主面の幅方向両端部、すなわち図3(a)に示した導電性接着剤53a、53bに対応する位置に形成されている(図示しない)。両系統のマウント電極は、第1実施形態と同様に、2系統の引回し電極により、振動腕部7a、7bに形成された2系統の励振電極に接続されている。
図3(b)に示した第2実施形態では、基部8の幅方向の両側面に傾斜側面91a、91bを形成している。
一方、図3(c)に示した変形例では、基部8の幅方向の両側面のうちのいずれか一方の側面だけ傾斜側面91bを形成している。なお、本変形例では溝部72b側の側面が傾斜しているが、その逆側を傾斜させることも可能である。
そして、第2実施形態とその変形例においても、第1実施形態と同様に、導電性接着剤53a、53bが実装側主面(マウント電極)側から回り込んで、基部8の傾斜側面91a、91bに引っ掛かることで、厚さ方向の耐衝撃性を向上させることができる。
センターアーム型の圧電振動片では、第1実施形態で説明した圧電振動片6と同様に基部から2本の振動腕部7a、7b(図示しないが第1実施形態との対応をとるために符号を付している。以下同じ)、が並行に延設され、両振動腕部7a、7bには溝部72a、72bが形成されると共に、2系統の励振電極が形成されている。
一方、センターアーム型の圧電振動片では、第1実施形態の圧電振動片6よりも両振動腕部7a、7bの間隔が広く形成され、支持腕部9a、9bに代る1本の支持単腕部9が、両振動腕部7の間に形成されている。支持単腕部9は、基部8から延設されている。
そして、この支持単腕部9の実装側主面に形成した2系統のマウント電極と、実装部14A、14Bに形成された電極パッド20A、20Bとが、シリコーン系の導電性接着剤で接続されることで、センターアーム型の圧電振動片がキャビティC内に実装される。
なお、センターアーム型の圧電振動片においても、支持単腕部9の両側面のうち一方の側面だけ傾斜側面91を形成することも可能である。
図4は、上述したサイドアーム型の圧電振動片6(第1実施形態)を備えた圧電振動子1の分解斜視図である。
図4に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、内部に気密封止されたキャビティCを有するパッケージ2と、キャビティC内に収容された圧電振動片6と、を備えたセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子である。
パッケージ2は、概略直方体状に形成され、パッケージ本体3と封口板4とを備えている。封口板4は、パッケージ本体3に接合されることで、パッケージ本体3との間にキャビティCを形成する。
パッケージ本体3は、互いに重ね合わされた状態で接合された第1ベース基板10および第2ベース基板11と、第2ベース基板11上に接合されたシールリング12と、を備えている。
第2ベース基板11は、第1ベース基板10に重ねられており、第1ベース基板10に対して焼結などにより結合されている。すなわち、第2ベース基板11は、第1ベース基板10と一体化されている。
なお、後述するように第1ベース基板10と第2ベース基板11の間には、両ベース基板10、11に挟まれた状態で接続電極(図示せず)が形成されている。
電極パッド20A、20Bと外部電極21A、21Bとは、第2ベース基板11の実装部14A、14Bに形成された第2貫通電極22A、22B、第1ベース基板10と第2ベース基板11の間に形成された接続電極(図示せず)、及び、第1ベース基板10に形成された第1貫通電極(図示せず)を介して互いにそれぞれ導通している。
すなわち、図4に示すように、圧電振動片6は、支持腕部9a、9bの実装側主面に形成された各マウント電極b(図1(a)参照)が、実装部14A、14B上の電極パッド20A、20B(上面にメタライズ層が形成されている場合は該メタライズ層)にそれぞれ導電性接着剤51a、51bを介して電気的および機械的に接合されている。
このように、本実施形態の圧電振動片6は、支持腕部9a、9bのそれぞれが、その長さ方向(長手方向)の2箇所で実装部14A、14B上に接合保持(2点支持)される。
本実施形態では、各導電性接着剤のサイズは圧電振動子1のサイズによるが、例えば、幅1.0mm×長さ1.2mmの小型の圧電振動子1の場合、半径0.1mm程度に塗布される。
第2ベース基板11の実装部14A、14Bの実装面(封口板4に対向する側の面)には、ほぼ全面にわたって電極パッド20A、20Bが形成されている。
一方、第1ベース基板10の外側底面には、長手方向の両端側に、幅方向に延びる外部電極21A、21Bが形成されている。
これら電極パッド20A、20B、及び外部電極21A、21Bは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜であり、電極パッド20Aと外部電極21Aが互いに導通し、電極パッド20Bと外部電極21Bが互いに導通している。
このように、電極パッド20Bと外部電極21Bとは、第2貫通電極22B、接続電極24B、及び第1貫通電極23Bを介して互いに導通している。
このように、電極パッド20Aと外部電極21Aとは、第2貫通電極22A、接続電極24A、及び第1貫通電極23Aを介して互いに導通している。
すなわち、図5、図1(a)に示すように、圧電振動片6は、支持腕部9a、9bに形成された各マウント電極が、実装部14A、14B上の電極パッド20A、20B(上面にメタライズ層が形成されている場合は該メタライズ層)にそれぞれ導電性接着剤51a、51bによって、電気的および機械的に接合されている。
このように、本実施形態の圧電振動片6は、支持腕部9a、9bのそれぞれが、その長さ方向の2箇所で実装部14A、14B上に接合保持(2点支持)される。但し、支持腕部9a、9bは、それぞれ2箇所で実装部14A、14B上に接合される必要がなく、中央の1箇所でもよい。この場合の導電性接着剤は、図4、図5と同一サイズとして中央に形成する場合、中央に楕円形で形成する場合、導電性接着剤51aと51a、導電性接着剤51bと51bを繋げた長円形に形成する場合等、各種方法が考えられる。また、3箇所以上に塗布接着してもよい。
導電性接着剤51a、51bは、塗布装置の移動ヘッドに支持されたディスペンサノズルにより電極パッド20A、20B上に塗布される。
例えば、上記実施形態においては、圧電振動片6を用いた圧電振動子1として、セラミックパッケージタイプの表面実装型振動子について説明したが、圧電振動片6を、ガラス材によって形成されるベース基板およびリッド基板が陽極接合によって接合されるガラスパッケージタイプの圧電振動子1に適用することも可能である。
また、説明した実施形態の電極パッド20は、実装部14のほぼ全面に形成されているが、接合材(導電性接着剤)に対応する領域に形成されていればよい。
例えば、幅0.8mm×長さ1.0mmサイズの圧電振動子1に使用する圧電振動片6の場合には、サイドアーム型であれば、例えば幅0.5mm、長さ0.7mm、厚さ0.1mmの圧電振動片6が使用される。
2 パッケージ
3 パッケージ本体
4 封口板
6 圧電振動片
7 振動腕部
71 拡幅部
8 基部
9 支持腕部
10 第1ベース基板
11 第2ベース基板
12 シールリング
14 実装部
20 電極パッド
21 外部電極
22 第2貫通電極
23 第1貫通電極
24 接続電極
51 導電性接着剤
72 溝部
81 接続部
91 傾斜側面
Claims (4)
- 基部と、
前記基部から並んで延設された一対の振動腕部と、
前記基部と前記一対の振動腕部の外表面に形成された、前記一対の振動腕部を励振させる2系統の励振電極と、
導電性接着剤で実装部に接着されることで圧電振動片を支持する支持部と、
前記支持部における前記実装部と対向する実装側主面に形成され、前記励振電極と接続された2系統のマウント電極と、
前記支持部に形成され、前記実装側主面と連続する側面に、前記実装側主面に対して鋭角に傾斜して形成された傾斜側面と、
少なくとも一部を支持部とし、前記振動腕部の両外側に形成された前記基部と繋がる一対の支持腕部と、を具備し、
前記傾斜側面は、前記一対の支持腕部における、前記振動腕部と対向する側の前記側面に形成されている、
ことを特徴とする圧電振動片。 - 基部と、
前記基部から並んで延設された一対の振動腕部と、
前記基部と前記一対の振動腕部の外表面に形成された、前記一対の振動腕部を励振させる2系統の励振電極と、
導電性接着剤で実装部に接着されることで圧電振動片を支持する支持部と、
前記支持部における前記実装部と対向する実装側主面に形成され、前記励振電極と接続された2系統のマウント電極と、
前記支持部に形成され、前記実装側主面と連続する側面に、前記実装側主面に対して鋭角に傾斜して形成された傾斜側面と、
少なくとも一部を支持部とし、前記振動腕部の両外側に形成された前記基部と繋がる一対の支持腕部と、を具備し、
前記傾斜側面は、前記一対の支持腕部における、両側面、又は、前記振動腕部と対向しない側の前記側面に形成されている、
ことを特徴とする圧電振動片。 - 前記傾斜側面は、前記支持部の厚さ方向の全面、又は、少なくとも実装側主面に連続する所定高さまで形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は、請求項2に記載の圧電振動片。 - 前記請求項1から請求項3のうちのいずれか1の請求項に記載の圧電振動片と、
内側に前記実装部を備えたパッケージと、
前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極部と、
前記実装部と、前記圧電振動片における前記傾斜側面を含む前記支持部とを接着する導電性接着剤と、
を有することを特徴とする圧電振動子。
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