KR20110104897A - 진동편, 진동자, 발진기 및 전자 기기 - Google Patents

Abstract

소형이며, 저주파수화 및 고Q값화가 도모된, 진동편을 제공한다.
그 때문에, 진동편은, 한쌍의 노치가 형성된 기부와, 기부의 제1 부분의 일단측으로부터 서로 평행하게 연장된 한쌍의 진동암을 가지고 있다. 각 진동암은, 주요한 진동부인 일반부와, 진동암의 기부와의 연결부분과는 반대측인 선단측에, 일반부보다도 폭이 넓은 추부를 가지고 있다. 또, 각 진동암의 양 주면 중 적어도 한쪽의 주면을 따라 개구부를 가지는 바닥이 있는 긴 홈과, 상기 진동암의 상기 기부와의 연결부분과는 반대측인 선단측에, 상기 기부와의 상기 연결부분측보다도 폭이 넓은 추부가 형성되어 있다. 추부는, 진동암의 길이 방향에 있어서, 기부와의 연결부분으로부터 선단측까지의 길이에서 차지하는 추부의 길이 비율이 35%~41%의 범위가 되도록 형성되어 있다.

Description

진동편, 진동자, 발진기 및 전자 기기{VIBRATING REED, VIBRATOR, OSCILLATOR AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 예를 들면, 굴곡 진동 모드로 진동하는 굴곡 진동편 등의 진동편과, 이 진동편을 이용한 진동자 혹은 발진기와, 이 발진기를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.

종래로부터, 굴곡 진동 모드로 진동하는 진동편에는, 예를 들면, 수정과 같은 압전 재료로 이루어지는 기재의 기부로부터 한쌍의 진동암을 평행하게 연장시키고, 또한, 수평 방향으로 서로 접근 또는 이반하는 방향으로 진동시키는 음차형의 굴곡 진동편이 널리 사용되고 있다. 이 음차형 굴곡 진동편의 진동암을 여진시켰을 때, 그 진동 에너지에 손실이 생기면, CI(Crystal Impedance)값의 증대나 Q값의 저하 등, 진동편의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 그래서, 그러한 진동 에너지의 손실을 방지 또는 저감하기 위해서, 종래부터 여러가지 연구가 이루어지고 있다.

예를 들면, 진동암이 연장되는 기부의 양 측부에 노치부 또는 소정의 깊이의 노치(노치 홈)를 형성한 음차형의 수정 진동편이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1, 특허 문헌 2를 참조). 이 음차형 수정 진동편은, 진동암의 진동이 수직 방향의 성분도 포함하는 경우에, 진동이 기부로부터 누출되는 것을 노치에 의해 완화함으로써, 진동 에너지의 구속 효과를 높여 Q값을 제어하고, 또한, 진동편 사이에서의 Q값의 편차를 방지하고 있다.

또, 진동편에 있어서는, 상기와 같은 기계적인 진동 에너지의 손실 뿐만 아니라, 굴곡 운동하는 진동암의 압축 응력이 작용하는 압축부와 인장 응력이 작용하는 신장부의 사이에서 발생하는 온도차에 의한 열전도에 의해서도 발생한다. 이 열전도에 의해 발생하는 Q값의 저하는 열탄성 손실 효과로 불리고 있다.

열탄성 손실 효과에 의한 Q값의 저하를 방지 또는 억제하기 위해서, 직사각형 단면을 가지는 진동암(진동 빔)의 중심선 상에 홈, 또는 구멍을 형성한 음차형의 진동편이, 예를 들면 특허 문헌 3에 소개되어 있다.

그런데, 진동편을 구비한 여러 가지의 전자 기기, 예를 들면, HDD(하드·디스크·드라이브), 모바일 컴퓨터, 혹은 IC카드 등의 소형의 정보 기기나, 휴대 전화, 자동차 전화, 또는 페이징 시스템 등의 이동체 통신 기기나 진동 자이로센서 등의 소형화가, 근래 더욱 더 진전되고 있다. 이에 따라, 그들 전자 기기에 부착되는 진동편의 소형화의 요구가 한층 더 높아져 오고 있다.

이러한 진동편의 소형화에의 요구 속에서는, 특히, 진동암의 길이를 짧게 하는 것이 기여율이 높고, 또, 그에 따라, 진동암의 단면적을 작게 하는 것이 요구된다. 이 때문에, 진동편의 저주파수화를 도모하는 것이 곤란해지고, 또, 고차 진동 모드가 발생하는 등하여 진동편의 진동 특성이 불안정해지기 쉬워지는 것이 알려져 있다. 이러한 고차 진동 모드의 발생을 억제하거나, 저주파수화나 진동 특성의 안정화를 도모할 수 있는 진동편으로서, 진동암의 선단부에, 진동암의 일반부(암부)보다도 폭이 큰 추부를 형성한 진동편이, 예를 들면 특허 문헌 4에 소개되어 있다.

일본국 특허공개 2002-261575호 공보 일본국 특허공개 2004-260718호 공보 일본국 실용신안공개 평2-32229호 공보 일본국 실용신안공개 2005-5896호 공보

그러나, 진동편에 있어서, 긴 홈과 추부를 겸비한 진동암을 가지는 구성으로 한 경우, 진동암의 길이 방향의 전체 길이에 대한 추부의 길이의 점유율이 너무 작거나, 혹은 너무 크거나 하면, 추부에 의한 저주파수화나 긴 홈에 의한 열탄성 손실의 억제 효과를 원하는 레벨로 도모할 수 없는 것을 발명자는 발견했다. 또, 발명자는, 진동암의 길이 방향의 전체 길이에 대한 추부의 길이의 점유율이 어느 범위에 있는 경우에, 원하는 저주파수화, 및, 열탄성 손실의 억제 효과에 의한 원하는 Q값의 확보가 가능한 것을 발견했다.

본 발명은, 상술의 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.

[적용예 1〕본 적용예에 관련되는 진동편은, 기부와, 상기 기부로부터 연장된 진동암을 가지며, 상기 진동암에는, 상기 진동암의 양 주면 중 적어도 한쪽의 주면을 따라 개구부를 가지는 바닥이 있는 긴 홈이 설치되고, 상기 진동암은, 상기 진동암의 상기 기부와의 연결부분과는 반대측인 선단측에, 상기 진동암의 상기 기부와의 연결부분측의 폭보다도 폭이 넓은 추부가 설치되고, 상기 진동암의 길이 방향에 있어서, 상기 기부와의 연결부분으로부터 상기 진동암의 선단까지의 길이에서 차지하는 상기 추부의 길이의 비율이 35%~41%의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 진동편에 있어서, 진동암에 설치된 긴 홈에 의해, 진동 효율이 향상되고 CI값이 저감됨과 더불어, 진동암의 선단 부분의 추부가 추의 기능을 다함으로써, 진동암의 길이를 증대시키지 않고 주파수를 충분히 낮게 억제할 수 있는 효과가 얻어지고, 또한, 열탄성 손실이 작아져, Q값의 저하가 충분히 억제되는 효과가 얻어지는 것을 발명자는 발견했다. 따라서, 소형화를 실현하면서, 저주파수화가 도모됨과 더불어, Q값의 저하가 억제되고, 뛰어난 진동 특성을 구비한 진동편을 제공할 수 있다.

〔적용예 2〕상기 적용예에 관련되는 진동편에 있어서, 상기 추부의 상기 길이의 비율이 36%~40%의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 소형화, 저주파수화, 및 Q값의 저하의 억제의 효과가 현저해진다.

〔적용예 3〕상기 적용예에 관련되는 진동편에 있어서, 상기 추부의 상기 길이의 비율이 37%~39%의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 소형화, 저주파수화, 및 Q값의 저하의 억제의 효과가 보다 현저해진다.

〔적용예 4〕상기 적용예에 관련되는 진동편에 있어서, 상기 기부로부터 연장된 2개의 상기 진동암과, 상기 기부의 2개의 상기 진동암의 사이로부터, 상기 진동암의 상기 길이 방향을 따라 연장하여 설치되어 있는 지지암을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 진동편은, 지지암이 한쌍의 진동암 사이에 설치되어 있음으로써, 각 진동암이 진동했을 때에, 특히, 각 진동암이 서로 접근하는 방향으로 진동했을 때에, 각 진동암간의 공기가 흐트러짐으로써 일어나는 진동편의 동작 파라미터의 변화를 억제할 수 있다.

또, 기부를 지지부로서 패키지 등에 지지·고정시킨 경우에 일어나는 여러가지 결함, 예를 들면, 진동편의 선단이 하방으로 기울어 패키지 등에 접촉하는 것을 방지할 수 있거나, 패키지에의 충격이 기부를 통해 다이렉트로 진동암에 전해짐으로써 일어날 수 있는 동작 이상 등을 회피하거나 하는 것이 가능해지고, 진동 특성이 안정된 진동편을 제공할 수 있다.

〔적용예 5〕상기 적용예에 관련되는 진동편에 있어서, 상기 기부와 상기 진동암이 수정에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다

이 구성에 의하면, 내충격성이 높음과 더불어, 열탄성 손실에 의한 Q값의 저하가 억제되어 뛰어난 진동 특성을 구비한, 수정 진동편을 제공할 수 있다.

〔적용예 6〕상기 적용예에 관련되는 진동편에 있어서, 상기 진동편이 굴곡 진동 모드를 나타내는 굴곡 진동편인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 굴곡 진동 모드를 나타내는 굴곡 진동편에 있어서, 저주파수화와 동시에 Q값의 저하를 억제하는 효과를 보다 현저하게 나타내는 것을 발명자는 발견했다.

〔적용예 7〕

본 적용예에 관련되는 진동자는, 상기 적용예 중 어느 하나에 기재된 진동편과, 상기 진동편을 수용하는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 상기 적용예의 진동편을 구비하고 있으므로, 긴 홈에 의해 진동 효율이 향상하여 CI값의 저감이 도모됨과 더불어, 추부에 의해 저주파수화가 도모되고, 또한, 열탄성 손실에 의한 Q값의 저하가 억제되고, 뛰어난 진동 특성을 구비한 소형의 진동자를 제공할 수 있다.

〔적용예 8〕

본 적용예에 관련되는 발진기는, 상기 적용예에 관련되는 진동편과, 상기 진동편과 전기적으로 접속하는 회로부와, 상기 진동편 및 상기 회로부를 수용하는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 상기 적용예의 진동편을 구비하고 있으므로, 긴 홈에 의해 진동 효율이 향상되어 CI값의 저감이 도모됨과 더불어, 추부에 의해 저주파수화가 도모되고, 또한, 열탄성 손실에 의한 Q값의 저하가 억제되고, 뛰어난 발진 특성을 구비한 발진기를 제공할 수 있다.

〔적용예 9〕

본 적용예에 관련되는 전자 기기는, 상기 적용예에 관련되는 발진기를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 상기 적용예의 발진기를 구비하고 있음으로써, 전자 기기는, 소형화의 추진 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

도 1의 (A)는, 본 발명에 관련되는 전자 기기에 구비된 진동편의 일실시 형태를 모식적으로 설명하는, 한쪽의 주면측의 평면도, (B)는, (A)의 A-A단면을 나타내는 단면 확대도.
도 2는, 진동편의 추부 점유율과 고성능화 지수의 관계를 나타내는 그래프.
도 3의 (A)는, 상기 진동편을 구비한 진동자의 일실시 형태를 위에서 보고 설명하는 개략 평면도, (B)는, (A)의 B-B선 단면도.
도 4의 (A)는, 상기 진동편을 구비한 발진기의 일실시 형태를 위에서 보고 설명하는 개략 평면도, (B)는, (A)의 C-C선 단면도.
도 5는 전자 기기의 일례로서의 휴대 전화기의 개략을 나타내는 사시도.
도 6은 휴대 전화기의 회로 블록도.
도 7은 전자 기기의 일례로서의 퍼스널 컴퓨터의 개략을 나타내는 사시도.

이하, 본 발명의 진동편, 이 진동편을 이용한 진동자 혹은 발진기, 및 이 발진기를 구비한 전자 기기의 일실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시 형태)

〔진동편)

우선, 본 발명의 전자 기기의 설명에 앞서, 전자 기기에 구비되어 있는 진동편에 대해서 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 진동편을 모식적으로 설명하는 것이며, (A)는, 한쪽의 주면측의 평면도, (B)는, (A)의 A-A선 단면을 나타내는 단면 확대도이다.

도 1의 (A)에 있어서, 본 실시 형태의 진동편(20)은, 수정, 탄탈산 리튬, 니오브산 리튬 등의 압전 재료로 이루어지는, 굴곡 진동 모드를 나타내는 진동편이다. 진동편(20)을 수정으로 구성하는 경우, 수정 웨이퍼는, X축, Y축, 및 Z축으로 이루어지는 직교 좌표계에 있어서, Z축을 중심으로 시계 방향으로 0도~5도의 범위에서 회전시켜 잘라낸 수정 Z판을, 소정의 두께로 절단 연마 가공하여 얻어지는 것을 이용하다. 본 실시 형태의 진동편(20)은, 그 수정 Z판을 가공함으로써 형성된 기부(21)와, 이 기부(21)의 일단측(도면에 있어서 상단측)으로부터 두 갈래로 나뉘어 서로 평행하게 연장되는 한쌍의 진동암(22)으로 이루어지는 소위 음차형의 외형을 가지고 형성되어 있는, 수정 진동편이다.

기부(21)에는, 그 양 주면에 죄어든 형상이 나타나도록 1개의 직선을 따라 대향 방향으로 한쌍의 노치(31)가 형성되어 있다. 기부(21)는, 한쌍의 노치(31)를 사이에 끼고 양측에 위치하는 제1 부분(21a) 및 제2 부분(21b)과, 한쌍의 노치(31) 사이에서 제1 부분(21a) 및 제2 부분(21b)을 접속하는 접속 부분(21c)을 포함한다. 본 실시 형태의 진동편(20)에 있어서는, 이 노치(31)에 의해, 각 진동암(22)의 진동의 전달이 차단되므로, 진동이 기부(21)나 지지암(30)을 통해 외부로 전해지는 소위 진동 누출을 억제하고, CI값의 상승을 방지할 수 있다.

또한, 각 노치(31)는, 진동편(20)의 낙하에 대한 강도의 확보를 한 다음, 최적인 폭이나 길이로 조정하여 진동 누출을 최소로 하는 것이 바람직하다.

도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 진동암(22)은, 기부(21)의 제1 부분(21a)으로부터 양 주면(지면상 앞쪽과 안쪽의 면)에 평행하게 연장되어 있다. 또, 각 진동암(22)은, 상기 양 주면과, 그 양 주면을 양측에서 접속하는 양측면을 가진다.

각 진동암(22)은, 그 중앙부에, 진동암(22)에 있어서 주요한 진동부인 일반부(23)를 가지고 있다. 또, 각 진동암(22)은, 기부(21)에 접속되는 근원부에 있어서, 일반부(23)로부터 기부(21)측을 향해서 상기 양 측면간의 폭이 서서히 넓어지고 기부(21)와의 연결부분에서 가장 큰 폭이 되는 광폭부(24)를 가지고 있다. 이와 같이, 각 진동암(22)이 광폭부(24)를 가짐으로써, 넓은 폭에서 기부(21)에 접속되므로 강성이 높아지고, 내충격성 등이 향상된다.

또, 각 진동암(22)의 기부(21)의 연결부분과는 반대측인 선단측에는, 일반부(23)보다도 폭이 넓은 추부(29)가 각각 형성되어 있다. 이와 같이, 각 진동암(22)의 선단 부분에 추부(29)가 설치되어 있음으로써, 선단 부분이 추의 기능을 다하므로, 진동암(22)의 길이를 증대시키지 않고 주파수를 낮게 할 수 있다.

또, 진동편(20)의 각 진동암(22)의 길이 방향(본 예에서는, 기부(21)의 제1 부분(21a)으로부터 각 진동암(22)이 연장되는 방향)에 있어서, 기부(21)와의 연결부분으로부터 선단까지의 길이(L)에서 차지하는 추부(29)의 길이(l)의 비율이 35%~41%의 범위로 조정되어 설치되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 진동편(20)은, 각 진동암(22)의 선단 부분의 추부(29)가 추의 기능을 다함으로써, 진동암(22)의 길이를 증대시키지 않고 주파수를 충분히 낮게 억제할 수 있는 효과가 얻어짐과 더불어, 열탄성 손실이 작아져 Q값의 저하가 충분히 억제되는 효과가 얻어지는 것을 발명자는 발견했다(상세는 후술한다).

각 진동암(22)의 한쪽의 주면에는, 각각의 길이 방향을 따라 한 개의 바닥이 있는 긴 홈(26a)이 설치되어 있다. 또, 도 1의 (B)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의(도 1의 (A)의 지면상 좌측의) 진동암(22)의 다른쪽의 주면에도, 진동암(22)의 길이 방향을 따라 한 개의 긴 홈(26b)이 설치되어 있다. 마찬가지로, 도시는 하지 않지만, 다른쪽의 진동암(22)(지면상 우측의 진동암)의 다른쪽의 주면에도, 1개의 바닥이 있는 홈(26b)이 설치되어 있다. 즉, 긴 홈(26a, 26b)은, 주면을 따라 위치하는 개구부를 각각 가지고 있다.

이와 같이, 각 진동암(22)에 설치된 긴 홈(26a, 26b)에 의해, 강성이 작아져 진동하기 쉬워지고, 진동암(22)이 효율적으로 진동하여 양호한 진동 특성을 나타내는 것이 가능해진다. 긴 홈(26a, 26b)은, 각 진동암(22)의 기부(21)와의 연결부분 근방에 있어서, 진동에 따르는 왜곡에 의해 진동암(22)의 양 측면의 돌제부(25)에서 발생하는 온도 상승 및 온도 저하에 기인하는 열의 유로를 좁히고 있으므로, 열의 이동을 억제하여 열탄성 손실을 저감하는 효과를 나타내고, 이 결과, CI값의 증대나 Q값의 저하 등의 열탄성 손실에 의한 악영향을 억제하 수 있다.

본 실시 형태의 진동편(20)은, 기부(21)의 제2 부분(21b)으로부터 연장되는 한쌍의 지지암(30)을 가지고 있다. 한쌍의 지지암(30)은, 기부(21)로부터 한쌍의 진동암(22)이 연장되는 방향과는 교차 방향이며, 각각 서로 반대 방향으로 연장되고 나서, 굴곡부(32)에서 대략 직각으로 굴곡되고, 한쌍의 진동암(22)의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장되어 있다. 이와 같이 굴곡시킴으로써, 지지암(30)을 가지는 진동편(20)의 소형화를 도모할 수 있다. 지지암(30)은, 굴곡부(32)보다도 선단측(진동암(22)의 추부(29)측)에, 후술하도록 패키지 등에 부착되는 고정 영역을 포함하고, 이 지지암(30)의 고정 영역에서 진동편(20)을 지지하도록 부착됨으로써, 진동암(22) 및 기부(21)를 진동편(20)의 고정면으로부터 뜬 상태로 할 수 있다.

각 진동암(22)의 각 긴 홈(26a, 26b), 및 각 양 측면을 포함하는 표면에는, 여진 전극(33, 34)이 형성되어 있다(도 1의 (B)를 참조). 한쪽의 진동암(22)에 있어서, 여진 전극(33, 34) 사이에 전압을 인가하여, 진동암(22)의 양 측면을 신축시킴으로써 진동암(22)을 진동시킨다. 여진 전극(33, 34)은, 수정을 에칭하여 진동편(20)의 긴 홈(26a, 26b)을 포함하는 외형을 형성한 다음에, 예를 들면, 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 하지층으로 하여, 그 위에, 증착 또는 스퍼터링에 의해 예를 들면 금(Au)에 의한 전극층을 성막하고, 그 후 포토리소그래피를 이용하여 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 여기서, 크롬은 수정과의 밀착성이 높고, 또, 금은, 전기 저항이 낮고 산화되기 어려운 것으로 알려져 있다.

여기서, 본 실시 형태의 진동편(20)의 효과에 대해서 설명한다.

발명자는, 우선, 진동암(22)의 기부(21)와의 연결부분으로부터 선단부까지의 길이(L)에 대한 추부(29)의 길이(l)의 점유율을 변화시켰을 때에, 저주파수화가 효율적으로 도모되는 점유율과, 주파수 일정으로 환산한 Q값의 저하를 효율적으로 경감할 수 있는 점유율을 시뮬레이션에 의해 개별적으로 구했다. 그 결과, 저주파수화가 효율적으로 도모되는 점유율과, Q값의 저하를 효율적으로 경감할 수 있는 점유율은, 일치하지 않았다.

다음에, 그러한, 진동암(22)의 기부(21)와의 연결부분으로부터 선단까지의 길이에 대한 추부(29)의 길이의 점유율에 의해, 진동편(20)의 저주파수화의 효율이 좋아지는 요소와, 열탄성 손실이 더 작아지는 요소를 곱하고, 또한, 등가 모델로 시뮬레이션함으로써 구한 최적치와 맞도록 보정한 결과, 도 2의 그래프에 나타내는 바와 같은 결과를 얻었다.

도 2에 있어서, 횡축은, 진동암(22)의 기부(21)와의 연결부분으로부터 선단까지의 길이 방향의 길이(L)에 대해서 추부(29)의 길이(l)가 차지하는 추부 점유율(%)이며, 세로축은, 저주파수화 지수와 고Q값화 지수를 곱한 값으로서 정의하는(보정 후) 수정 고성능화 지수이다.

도 2의 그래프에 나타내는 바와 같이, 보정 후의 고성능화 지수는, 추부 점유율 38%를 중심으로 하여 추부 점유율 35%~41%일 때에 가장 높은 것을 발명자는 발견했다.

또한, 저주파수화 지수란, 추부에 의한 주파수의 저하량을 나타내는 값이며, 0~1의 규격화된 값이다. 구체적으로는, 저주파수화 지수는, 추부 점유율을 0%~100%의 사이에서 변화시킨 경우에, 주파수가 가장 낮아졌을 때를 1로 하고, 가장 높아졌을 때를 0으로 하여 규격화한 값이다.

또, 고Q값화 지수란, 추부에 의한 Q값의 상승량을 나타내는 값이며, 0~1의 규격화된 값이다. 구체적으로는, 고Q값화 지수는, 추부 점유율을 0%~100%의 사이에서 변화시킨 경우에, Q값이 가장 높아졌을 때를 1로 하고, 가장 낮아졌을 때를 0으로 하여 규격화한 값이다.

따라서, 상기 실시 형태의 진동편(20)에 의하면, 각 진동암(22)에 설치된 긴 홈(26a, 26b)에 의해 진동 효율이 향상하고 CI값이 저감됨과 더불어, 각 진동암(22)의 선단 부분에 형성된 추부(29)의 길이 방향의 길이(l)가, 진동암(22)의 전체 길이(L)에 대해서 35~41%의 점유율이 되도록 형성되어 있으므로, 진동암(22)의 길이를 증대시키지 않고 주파수를 충분히 낮게 억제할 수 있음과 더불어, 열탄성 손실이 작아져 Q값의 저하를 충분히 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

이 효과는, 각 진동암(22)의 추부(29)의 추부 점유율을 36%~40%로 하면, 더 높아지는 것을 발명자는 발견했다.

또한, 이 효과는, 각 진동암(22)의 추부(29)의 추부 점유율을 37%~39%로 하면, 더 현저하게 높아지는 것을 발명자는 발견했다.

[진동자〕

다음에, 상기의 진동편(20)을 이용한 진동자에 대해 설명한다.

도 3은, 상기의 진동편(20)을 탑재하는 진동자의 일실시 형태를 설명하는 것이며, (A)는 상측에서 본 개략 평면도, (B)는 (A)의 B-B선 단면도이다. 또한, 도 3의 (A)에서는, 진동자의 내부의 구조를 설명하는 편의상, 진동자(200)의 상방에 설치되는 리드(119)(도 3의 (B)를 참조)를 떼어낸 상태를 도시하고 있다.

도 3에 있어서, 진동자(200)는, 단차를 가지는 오목부가 설치된 패키지(110)를 가지고 있다. 패키지(110)의 오목부의 오목한 바닥 부분에는, 진동편(20)이 접합되고, 패키지(110)의 개방된 상단에는, 덮개로서의 리드(119)가 접합되어 있다.

패키지(110)는, 평판 형상의 제1층 기판(111) 상에, 내측 환상부의 크기가 다른 직사각형 환상의 제2층 기판(112) 및 제3층 기판(113)이 이 순서로 적층되어 구성됨으로써, 상면측에 개구를 가지고 내부에 단차가 설치된 오목부가 형성되어 있다. 패키지(110)의 재질로서는, 예를 들면, 세라믹, 유리 등을 이용할 수 있다.

패키지(110)의 오목부에 있어서, 제2층 기판(112)에 의해 형성되는 단차 상에는, 진동편(20)이 접합되는 복수의 진동편 접속 단자(115)가 설치되어 있다. 또, 도시는 하지 않지만, 패키지(110)의 외측 바닥면이 되는 제1층 기판(111)의 외측 바닥면에는, 외부 기판과의 접합에 제공하는 외부 실장 단자가 설치되어 있다.

이와 같이 패키지(110)에 설치된 상기의 각종 단자는, 대응하는 단자들이, 도시하지 않은 인회 배선이나 스루홀 등의 층내 배선에 의해 접속되어 있다.

패키지(110)의 오목부에는, 진동편(20)이 접합되어 있다. 구체적으로는, 진동편(20)의 지지암(30)의 일부에 설치된 도시하지 않은 외부 접속 전극과, 패키지(110)의 오목부에 있어서, 제2층 기판(112)의 돌기부(112a)에 의해 형성된 단차 상에 설치된 진동편 접속 단자(115)가 위치 맞춤되고, 예를 들면 은페이스트 등의 도전성의 접합 부재(96)에 의해 접합됨과 더불어, 전기적으로 접속되어 있다. 이로 인해, 진동편(20)이, 패키지(110) 내에 있어서, 오목부의 오목한 바닥부분이 되는 제1층 기판(111)과의 사이에 간극을 두면서, 진동암(22)이 자유단으로서 고정된다.

도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 진동편(20)이 오목부 내에 접합된 패키지(110)의 상단에는, 덮개로서의 리드(119)가 배치되고, 패키지(110)의 개구를 봉쇄하고 있다. 리드(119)의 재질로서는, 예를 들면, 42얼로이(철에 니켈이 42% 함유된 합금)나 코발(철, 니켈 및 코발트의 합금) 등의 금속, 세라믹스, 혹은 유리 등을 이용할 수 있다. 예를 들면, 금속으로 이루어지는 리드(119)는, 코발 합금 등을 직사각형 환상으로 형빼기하여 형성된 시일링(118)을 개재하여 심 용접함으로써 패키지(110)와 접합된다. 패키지(110) 내에 형성되는 내부 공간은, 진동편(20)이 동작하기 위한 공간이 된다. 또, 이 내부 공간은, 감압 공간 또는 불활성 가스 분위기에 밀폐·시일링되어 있다.

상기 구성의 진동자(200)에 의하면, 상기한 구성의 진동편(20)을 구비하고 있으므로, 진동암(22)에 설치된 긴 홈(26a, 26b)에 의해, 진동 효율이 향상되어 CI값의 저감이 도모됨과 더불어, 추부(29)에 의한 저주파수화 및 고Q값화가 도모된 뛰어난 진동 특성을 구비한 진동자(200)를 제공할 수 있다.

〔발진기〕

다음에, 상기의 진동편(20)을 이용한 발진기에 대해서 설명한다.

도 4는, 상기의 진동편(20)을 탑재하는 발진기의 일실시 형태를 설명하는 것이며, (A)는 상측에서 본 개략 평면도, (B)는 (A)의 C-C선 단면도이다. 또한, 도 4의 (A)에서는, 발진기의 내부의 구조를 설명하는 편의상, 발진기(300)의 상방에 설치되는 리드(219)를 떼어낸 상태를 도시하고 있다.

도 4에 있어서, 발진기(300)는, 단차를 가지는 오목부가 설치된 패키지(210)를 가지고 있다. 패키지(210)의 오목부의 오목한 바닥부분에는, IC칩(150)과, IC칩(150)의 상방에 배치된 진동편(20)이 접합되고, 패키지(210)가 개방된 상단에는 덮개로서의 리드(219)가 접합되어 있다.

패키지(210)는, 평판 형상의 제1층 기판(211) 상에, 내측 환상부의 크기가 다른 직사각형 환상의 제2층 기판(212), 제3층 기판(213), 및 제4층 기판(214)이 이 순서로 적층되어 구성됨으로써, 상면측에 개구를 가지고 내부에 단차가 설치된 오목부가 형성되어 있다. 패키지(210)의 재질로서는, 예를 들면, 세라믹, 유리 등을 이용할 수 있다.

패키지(210)의 오목부의 오목한 바닥부분이 되는 제1층 기판(211) 상에는, IC칩(150)이 배치되는 다이 패드(215)가 설치되어 있다. 또한, 도시는 하지 않지만, 패키지(210)의 외측 바닥면이 되는 제1층 기판(211)의 외측 바닥면(다이 패드(215)가 설치된 면과 다른 면)에는, 외부 기판과의 접합에 제공하는 외부 실장 단자가 설치되어 있다.

또, 패키지(210)의 오목부에 있어서, 제2층 기판(212)에 의해 형성되는 단차 상에는, IC칩(150)과의 전기적 접속에 제공하는 복수의 IC접속 단자(216)가 설치되어 있다.

또한, 패키지(210)의 오목부에 있어서, 제3층 기판(213)에 의해 형성되는 단차 상에는, 진동편(20)이 접합되는 복수의 진동편 접속 단자(217)가 설치되어 있다.

이와 같이 패키지(210)에 설치된 상기의 각종 단자는, 대응하는 단자들이, 도시하지 않은 인회 배선이나 스루홀 등의 층내 배선에 의해 접속되어 있다.

IC칩(150)은, 진동편(20)을 발진시키는 발진 회로나, 온도 보상 회로 등을 포함하는 반도체 회로 소자(회로부)이다. IC칩(150)은, 패키지(210)의 오목부의 오목한 바닥부분에 설치된 다이 패드(215) 상에, 예를 들면 납재(95)에 의해 접착·고정되어 있다. 또, IC칩(150)과 패키지(210)는, 본 실시 형태에서는, 와이어 본딩법을 이용하여 전기적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, IC칩(150)에 설치된 복수의 전극 패드(155)와, 패키지(210)가 대응하는 IC접속 단자(216)가, 본딩 와이어(97)에 의해 접속되어 있다.

패키지(210)의 오목부에 있어서, IC칩(150)의 상방에는, 진동편(20)이 접합되어 있다. 구체적으로는, 진동편(20)의 지지암(30)의 일부에 설치된 도시하지 않은 외부 접속 전극과, 패키지(210)의 오목부에 있어서 제3층 기판(213)의 돌기부(213a)에 의해 형성된 단차 상에 설치된 진동편 접속 단자(217)가 위치 맞춤되고, 예를 들면 은페이스트 등의 도전성의 접합 부재(96)에 의해 접합됨과 더불어, 전기적으로 접속되어 있다. 이로 인해, 진동편(20)이, 패키지(210) 내에 있어서, 하방에 접합된 IC칩(150)과의 사이에 간극을 두면서, 진동암(22)이 자유단으로서 고정된다.

도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이, IC칩(150) 및 진동편(20)이 오목부 내에 접합된 패키지(210)의 상단에는 리드(219)가 배치되고, 패키지(210)의 개구를 봉쇄하고 있다. 예를 들면, 금속으로 이루어지는 리드(219)를 이용한 경우에는, 코발 합금 등을 직사각형 환상으로 형빼기하여 형성된 시일링(218)을 통해 심 용접함으로써 패키지(210)와 접합된다. 패키지(210) 내에 있어서 진동편(20)이 동작하기 위한 공간이 되는 내부 공간은, 감압 공간 또는 불활성 가스 분위기에 밀폐·시일링되어 있다.

상기 구성의 발진기(300)에 의하면, 상기한 구성의 진동편(20)을 구비하고 있으므로, 진동암(22)에 설치된 긴 홈(26a, 26b)에 의해, 진동 효율이 향상되어 CI값의 저감이 도모됨과 더불어, 추부(29)에 의한 저주파수화 및 고Q값화가 도모되고 뛰어난 발진 특성을 구비한 발진기(300)를 제공할 수 있다.

〔전자 기기〕

상기 실시 형태의 진동편(20)을 가지는 발진기(300)는, 각종의 전자 기기에 적용할 수 있고, 이들 전자 기기는, 신뢰성이 높은 것이 된다. 도 5, 및 도 6은, 본 발명의 전자 기기의 일례로서의 휴대 전화기를 나타낸다. 도 5는, 휴대 전화기의 외관의 개략을 나타내는 사시도이며, 도 6은, 휴대 전화기의 회로 구성을 설명하는 회로 블록도이다. 이 휴대 전화기(400)는, 진동편(20)(도 1)을 이용한 발진기(300)를 구비하고 있는 예로 설명하고, 발진기(300)의 구성, 작용에 대해서는, 동일 부호를 이용하는 등 하여, 그 설명을 생략한다.

도 5에 나타내는 바와 같이 휴대 전화기(400)는, 표시부인 LCD(Liquid Crystal Display)(401), 숫자 등의 입력부인 키(402), 마이크로폰(403), 스피커(411) 등이 설치되어 있다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 휴대 전화기(400)에서 송신하는 경우는, 사용자가, 자기의 소리를 마이크로폰(403)에 입력하면, 신호는 펄스폭 변조·부호화 블록(404)과, 변조기/복조기 블록(405)을 거치고, 또한 트랜스미터(406), 안테나 스위치(407)를 통해, 안테나(408)로부터 송신되게 된다.

한편, 타인의 전화기로부터 송신된 신호는, 안테나(408)에서 수신되고, 안테나 스위치(407), 수신 필터(409)를 거쳐, 리시버(410)로부터 변조기/복조기 블록(405)에 입력된다. 그리고, 변조 또는 복조된 신호가 펄스폭 변조·부호화 블록(404)를 거쳐, 스피커(411)에 소리로서 출력되게 되어 있다. 그리고, 안테나 스위치(407)나 변조기/복조기 블록(405) 등을 제어하기 위해서, 컨트롤러(412)가 설치되어 있다.

이 콘트롤러(412)는, 상술 외에 표시부인 LCD(401)나 숫자 등의 입력부인 키(402), 또한 RAM(413)이나 ROM(414) 등도 제어하기 때문에, 고정밀도인 것이 요구된다. 또, 휴대 전화기(400)의 소형화의 요청도 있고, 이러한 요청에 합치하는 것으로서, 상술의 진동편(20)이 이용되고 있다. 또한, 휴대 전화기(400)는, 다른 구성 블록으로서, 온도 보상 수정 발진기(415), 리시버용 신시사이저(416), 트랜스미터용 신시사이저(417) 등을 가지고 있지만, 여기에서는 설명을 생략한다.

또, 본 발명의 진동편(20)을 이용한 발진기(300)를 구비하는 전자 기기로서는, 도 7에 나타내는 퍼스널 컴퓨터(모바일형 퍼스널 컴퓨터)(500)도 들 수 있다. 퍼스널 컴퓨터(500)는, 표시부(501), 입력 키부(502) 등을 구비하고 있고, 그 전기 적 제어의 기준 클록으로서 상술의 진동편(20)이 이용되고 있다.

이러한 휴대 전화기(400)나 퍼스널 컴퓨터(500)에 이용되고 있는 발진기(300)는, 진동편(20)에 있어서의 진동암(22)의 기부(21)와의 연결부분으로부터 선단까지의 길이(L)에서 차지하는 추부(29)의 길이(l)의 비율이 35%~41%의 범위로 설정되어 있고, 진동암(22)의 길이를 증대시키지 않고 주파수가 충분히 낮게 억제되는 효과나, 열탄성 손실이 작아져, Q값의 저하가 충분히 억제되는 효과가 얻어지고, 뛰어난 진동 특성을 구비할 수 있다. 이로 인해, 휴대 전화기(400) 및 퍼스널 컴퓨터(500)는, 소형화 및 높은 신뢰성을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 발진기(300)를 구비하는 전자 기기로서는, 상술에 더하여 예를 들면 디지털 스틸 카메라, 잉크젯식 토출 장치(예를 들면 잉크젯 프린터), 랩탑형 퍼스널 컴퓨터, 텔레비젼, 비디오 카메라, 비디오 테잎 레코더, 카 내비게이션 장치, 페이저, 전자 수첩(통신 기능부착형도 포함한다), 전자 사전, 계산기, 전자 게임기기, 워드프로세서, 워크스테이션, 화상 전화, 방범용 텔레비젼 모니터, 전자 쌍안경, POS 단말, 의료기기(예를 들면 전자 체온계, 혈압계, 혈당계, 심전도 계측 장치, 초음파 진단 장치, 전자 내시경), 어군 탐지기, 각종 측정 기기, 계기류(예를 들면, 차량, 항공기, 선박의 계기류), 플라이트 시뮬레이터 등을 들 수 있다.

이상, 본 발명의 전자 기기를, 도시의 실시 형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 각부의 구성은, 같은 기능을 가지는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있다. 또, 본 발명에, 다른 임의의 구성물이 부가되어 있어도 된다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 전자 기기의 진동편(20)이 진동부로서 한쌍의 진동암(22)을 가지는 경우를 예로 설명했지만, 진동암(22)의 수는, 3개 이상이어도 된다. 또한, 고정단이 되는 기부를 가지는 1개의 진동암만에 의해 구성되는 빔형 진동편 등이어도 된다.

또, 상기 실시 형태에서 설명한 진동편(22)은, 전압 제어 수정 발진기(VCXO), 온도 보상 수정 발진기(TCXO), 항온조부착 수정 발진기(OCXO) 등의 발진기 외, 자이로센서 등에 적용할 수 있다.

그리고, 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 더하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 전자 기기에 구비되는 발진기(300)가 가지는, 굴곡 진동 모드의 진동편(20)을 예를 들어, 본 발명인, 추부(29)의 길이 비율을 최적으로 설정하여 뛰어난 진동 특성을 나타내는 효과에 대해서 설명했다. 이것에 한정하지 않고, 비틀림 진동 모드나 전단 모드 등의 굴곡 진동 모드 이외의 진동 모드의 진동편에 있어서도, 본 발명의 특징적인 구성을 구비시킴으로써, 상기 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 상기 실시 형태에서는, 기부(21)로부터 연장된 지지 전용의 지지암(30)을 가짐과 더불어, 기부(21)로부터 2개의 진동암(22)이 평행하게 연장되어 형성된 소위 음차형의 진동편(20)에 있어서의 본 발명의 일실시 형태에 대해서 설명했다. 이것에 한정하지 않고, 지지암(30)이 없는 구성의 진동편이어도, 상기 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 상기 실시 형태에서는, 압전 재료로 이루어지는 진동편(20), 이 경우 수정으로 이루어지는 수정 진동편에 대해서 설명했다. 이것에 한정하지 않고, 예를 들면, 비압전 재료인 실리콘 등으로 이루어지는 진동편이어도, 상기 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

20:진동편 21:기부
21a:(기부의)제1 부분 21b:(기부의)제2 부분
21c:(기부의)접속 부분 22:진동암
23:일반부 24:광폭부
25:돌제부 26a, 26b:긴 홈
29:추부 30:지지암
32:굴곡부 33, 34:여진 전극
95:납재 96:도전성의 접합 부재
97:본딩와이어 110, 210:패키지
111, 211:제1층 기판 112, 212:제2층 기판
112a:돌기부 113, 213:제3층 기판
115, 217:진동편 접속 단자 118, 218:시일링
119, 219:리드 150:회로부로서의 IC칩
155:전극 패드 200:진동자
214:제4층 기판 215:다이패드
300:발진기 400:전자 기기로서의 휴대 전화기
500:전자 기기로서의 퍼스널 컴퓨터

Claims (9)

1. 기부와,
   상기 기부로부터 연장된 진동암을 가지며,
   상기 진동암에는, 상기 진동암의 양 주면 중 적어도 한쪽의 주면을 따라 개구부를 가지는 바닥이 있는 긴 홈이 설치되고,
   상기 진동암은, 상기 진동암의 상기 기부와의 연결부분과는 반대측인 선단측에, 상기 진동암의 상기 기부와의 연결부분측의 폭보다도 폭이 넓은 추부가 설치되고,
   상기 진동암의 길이 방향에 있어서, 상기 기부와의 연결부분으로부터 상기 진동암의 선단까지의 길이에서 차지하는 상기 추부의 길이의 비율이 35%~41%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 진동편.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 추부의 상기 길이의 비율이 36%~40%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 진동편.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 추부의 상기 길이의 비율이 37%~39%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 진동편.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 기부로부터 연장된 2개의 상기 진동암과,
   상기 기부의 2개의 상기 진동암의 사이로부터, 상기 진동암의 상기 길이 방향을 따라 연장하여 설치되어 있는 지지암을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 진동편.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 기부와 상기 진동암이 수정에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동편.
6. 청구항 1에 있어서,
   굴곡 진동 모드를 나타내는 굴곡 진동편인 것을 특징으로 하는 진동편.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 진동편과,
   상기 진동편을 수용하는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동자.
8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 진동편과,
   상기 진동편과 전기적으로 접속하는 회로부와,
   상기 진동편 및 상기 회로부를 수용하는 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
9. 청구항 8에 기재된 발진기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.

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