TW201310905A - 台面型石英晶體振動件及石英晶體裝置 - Google Patents

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Abstract

一種台面型石英晶體振動件及石英晶體裝置。此台面型石英晶體振動件包含：振動器，為具有兩個主要表面的四邊形形狀；一對激磁電極，位於所述兩個主要表面上；薄部分，所述薄部分位於所述四邊形形狀之外；以及一對引出電極。所述薄部分的厚度比所述振動器的厚度薄。所述一對引出電極是從所述激磁電極向預定方向引出。所述激磁電極在預定方向上的第一長度的中心相對於在所述預定方向上的第二長度的中心偏心。所述第二長度包含所述振動器的長度以及所述薄部分的長度。所述第一長度的中心朝向引出電極的相對側偏心了25微米到65微米。

Description

台面型石英晶體振動件及石英晶體裝置
本申請案主張2011年8月17日在日本專利局申請的日本專利申請案第2011-178554號的優先權和權益，該案的揭露內容全部以引用方式併入本文中。
本揭露是有關於一種台面型(mesa type)晶體單元，所述台面型晶體單元具有在石英晶體振動件的中央包含厚部分的結構，所述厚部分比其周邊部分厚且用作振動器。
現今，隨著電子裝置小型化，需要進一步小型化的石英晶體裝置，諸如，晶體單元。小型化的電子裝置使得激磁電極與支撐並緊固石英晶體振動件的區域之間的距離狹窄。因此，導電黏合劑以及支撐部分可能會不利地影響石英晶體振動件的振動。
日本未審查專利申請公開案第2003-17978號揭露一種石英晶體振動件。所述石英晶體振動件包含壓電振動區域，所述壓電振動區域具有石英晶體振動件中除塗覆了導電黏合劑的電接合區域之外的整個長度。壓電振動區域的長度(在X軸方向上)的中心與激磁電極的表面的長度(在X軸方向上)的中心一致。這因而提供了足以用於振盪的CI值，因此確保了如下有利效果：避免了對石英晶體振動件的振動的不利影響。
然而，發明者重複進行試驗並有如下發現。與激磁電極的中心與導電黏合劑之間的距離無關，如果激磁電極的 相應長度的中心相對于石英晶體振動件的長度的中心偏心達給定量，那麼CI值減小。
因此，本發明的目標為提供一種石英晶體振動件以及一種石英晶體裝置，所述石英晶體振動件及石英晶體裝置減小台面型(mesa type)石英晶體振動件中的CI值。
本揭露的一個方面涉及一種台面型(mesa type)石英晶體振動件。所述台面型石英晶體振動件包含：振動器，所述振動器為具有兩個主要表面的四邊形形狀；一對激磁電極，所述激磁電極位於所述兩個主要表面上；薄部分，所述薄部分位於所述四邊形形狀之外；以及一對引出電極。所述薄部分的厚度比所述振動器的厚度薄。所述一對引出電極是從所述激磁電極向預定方向引出。所述激磁電極在預定方向上的第一長度的中心相對於在所述預定方向上的第二長度的中心偏心。所述第二長度包含所述振動器的長度以及所述薄部分的長度。所述第一長度的中心朝向引出電極的相對側偏心了25微米到65微米。
本揭露提供足以用於小型化的石英晶體振動件中的振盪的CI值。本揭露還提供了避免對石英晶體振動件的振動造成不利影響的石英晶體振動件或石英晶體裝置。
(第一實施例)
(根據第一實施例的第一晶體單元100的總體配置)
以下藉由參看圖1A以及圖1B來描述第一晶體單元 100的總體配置。圖1A是根據第一實施例的不含第一蓋10的第一晶體單元100的平面圖。圖1B是在第一蓋10與陶瓷底板40接合在一起之前沿著第一晶體單元100的線A-A’的剖面圖。
此處，石英晶體振動件使用AT切割型石英晶體振動件(AT-cut quartz-crystal vibrating piece)20。即，AT切割型石英晶體振動件的主表面(在Y-Z平面中)繞X軸在Z軸到Y軸的方向上相對於晶體坐標系(XYZ)的Y軸傾斜了35° 15'。因此，在第一實施例中，相對於AT切割型石英晶體振動件的軸線方向傾斜的新軸線表示為Y'軸以及Z'軸。因此，在第一實施例中，第一晶體單元100的縱向方向稱為X軸方向，第一晶體單元100的高度方向稱為Y'軸方向，且垂直於X軸方向以及Y'軸方向的方向稱為Z'軸方向。此配置類似於下文第二實施例的配置。
如圖1B所說明，表面安裝型(surface-mount type)的第一晶體單元100包含第一蓋10、具有絕緣性質的陶瓷底板40，以及石英晶體振動件20。第一蓋10由諸如科伐合金(kovar)等金屬製成。陶瓷底板40包含基底凹座47。石英晶體振動件20放置於陶瓷底板40上。
石英晶體振動件20包含長方形形狀的AT切割型晶體元件21。晶體元件21具有薄周邊部分，且其中央區域是振動部分24，振動部分24的厚度尺寸大於周邊部分的厚度尺寸。振動部分24在其中央附近的兩個主要表面上包含一對激磁電極22a及22b。電極22a及22b各自具有長方 形形狀，其面積小於振動部分24的面積。即，石英晶體振動件20是所謂的台面型(mesa type)石英晶體振動件，其中央區域比晶體元件21的周邊部分厚。
晶體元件21在其頂面上(在+Y’側處)包含激磁電極22a。在激磁電極22a處，引出電極(extraction electrode)23a形成到-X側處的一端，而連接電極(connecting electrode)25a形成於-X側處的所述一端且從晶體元件21的頂面延伸到底面(在-Y’側處)。從晶體元件21的底面上的激磁電極22b起，引出電極23b以及連接電極25b延伸到-X側處的另一端。石英晶體振動件20的連接電極25a及25b經由空腔CT中的台座(台座底面陶瓷層45)上的導電黏合劑61電接合到基底連接電極43。
此處，石英晶體振動件20在X軸方向上具有900微米到1400微米的長度La，且在Z'軸方向上具有600微米到700微米的寬度Wa。連接電極25a及25b各自在X軸方向上具有150微米到250微米的長度Lc。連接電極25a及25b各自具有100微米到150微米的接合到導電黏合劑61的長度Ld。導電黏合劑61在X軸方向上具有200微米到250微米的長度Le。
激磁電極22a及22b、引出電極23a及23b，以及連接電極25a及25b(例如)採用鎳層或鉻層作為基礎層，且在基礎層的頂面上使用金層。基礎層具有(例如)0.01微米到0.1微米的厚度，而金層具有(例如)0.1微米到2微米的厚度。
陶瓷底板40包含底面陶瓷層41、壁陶瓷層49以及台座底面陶瓷層45。此些陶瓷層41、49以及45形成有穿孔坯片(punched-out green sheet)，所述穿孔坯片包含基於氧化鋁的陶瓷粉末、黏結劑等。包含所述多個陶瓷層41、45以及49的陶瓷底板40界定空腔CT。AT切割型石英晶體振動件20安裝於空腔CT內。陶瓷底板40由這多個陶瓷層形成，所述多個陶瓷層層壓並燒結在一起。陶瓷底板40包含位於外底面M1上的可表面安裝的外部電極51及52。
第一蓋10具有密封材料48，密封材料48均勻地形成在第一蓋10的外周邊上。舉例來說，密封材料48由諸如銀焊料以及科伐合金等材料製成。
AT切割型石英晶體振動件20安裝於陶瓷底板40中的台座45的基底連接電極43上，並經由導電黏合劑61接合到基底連接電極43。接著，第一蓋10堆疊在陶瓷底板40上，這便容納了AT切割型石英晶體振動件20。陶瓷底板40以及第一蓋10接著放置在被抽空或填充以惰性氣體的腔室(未圖示)內。陶瓷底板40以及第一蓋10在被抽空的或惰性氣體環境中密封，因此形成了封裝80。
圖2是說明CI值與偏心量Lf之間的關係的曲線圖，偏心量Lf是激磁電極22的長度(在X軸方向上)的中心與石英晶體振動件20的長度(在X軸方向上)的中心之間的偏心量。所使用的石英晶體振動件20採用38.4兆赫及32.736兆赫這兩個振盪頻率，同時改變振動部分24的厚度(在Y'軸方向上)。形成台面型振動部分24的區域的 中心點P相對于石英晶體振動件20的長度的中心點O偏心(參見圖1A及圖1B)。激磁電極22形成于對應于振動部分24的中心處。因此，激磁電極22的中心點P也偏心了與振動部分24相同的量。用38.4兆赫對振動部分24進行試驗，同時將偏心量Lf(參見圖1A及圖1B)從10微米改變到95微米。用32.736兆赫對振動部分24進行試驗，同時將偏心量Lf從0微米改變到90微米。
在所述試驗中，在38.4兆赫以及32.736兆赫下石英晶體振動件20所得到的CI值如圖2所說明。即，在從石英晶體振動件20的長度的中心點O到激磁電極的長度的中心點P的偏心量Lf是朝向引出電極23的相對側(+X側)25微米到65微米的情況下，CI值等於或小於500歐姆。與導電黏合劑61的接合到連接電極25a及25b的長度Ld無關，當激磁電極的長度的中心點P相對于石英晶體振動件20的長度的中心點O朝向引出電極的相對側偏心了25微米到65微米時，CI值等於或小於500歐姆。
因此，圖1A以及圖1B中所說明的激磁電極22a及22b在X軸方向上的長度Lb的中心點P相對于石英晶體振動件20在X軸方向上的長度La的中心點O朝向引出電極側的相對側(+X軸側)偏心了25微米到65微米。原因是，CI值取朝向+X軸側25微米到65微米的偏心量Lf範圍內的最小值。
為了進一步降低CI值，可將偏心量Lf設置在以下範圍內。在偏心量Lf為35微米到55微米的情況下，CI值 為等於或小於300歐姆的較優選值。此外，在偏心量Lf為40微米到50微米的情況下，CI值大致為最小值，這是較優選的。
(第二實施例)
(根據第二實施例的第二晶體單元110的總體配置)
以下藉由參看圖3、圖4A以及圖4B來描述第二晶體單元110的總體配置。圖3是從第二蓋12開始的第二晶體單元110的分解透視圖。圖4A是在石英晶體框架30、第二底板11及第二蓋12接合在一起之後沿著圖3的線B-B’的剖面圖。圖4B是說明具有激磁電極304a的石英晶體框架30的平面圖。
第二晶體單元110與第一晶體單元100的不同之處在于石英晶體框架30安置在第二晶體單元110處，而不是石英晶體振動件20安置在第一晶體單元100中。第二晶體單元110的不同之處還在於第二晶體單元110包含第二底板11而不是陶瓷底板40。相同參考數字表示第一實施例中的對應或相同元件，且因此將不會在此處對此些元件進一步進行描述。接著，將描述不同之處。
如圖3中所說明，第二晶體單元110包含具有蓋凹座17的第二蓋12、具有基底凹座47的第二底板11，以及石英晶體框架30，所述石英晶體框架30是AT切割型的且放置在第二底板11上。第二底板11以及第二蓋12由石英晶體材料或玻璃製成。
石英晶體框架30包含：晶體元件301，晶體元件301 為AT切割型的且為長方形形狀；以及外部框架302，外部框架302圍繞晶體元件301。在晶體元件301與外部框架302之間，形成的孔隙308a以及孔隙308b在Y'軸方向上穿過。未形成孔隙308a以及孔隙308b的區域在晶體元件301與外部框架302之間形成了連接部分309。
晶體元件301包含薄周邊部分及中央區域，中央區域形成振動部分303，其中中央區域的厚度尺寸大於周邊部分的厚度尺寸。在長方形形狀的振動部分303中央附近的兩個主要表面上，形成了一對長方形形狀的激磁電極304a以及304b，其中激磁電極304a及304b的面積小於振動部分303的面積。即，石英晶體框架30是所謂的台面型石英晶體振動件，其中央區域比晶體元件301的周邊部分厚。
厚度不同(在Y'軸方向上)的所用振動部分303採用38.4兆赫以及32.736兆赫這兩個振盪頻率。從激磁電極304a起，引出電極313a以及連接電極305a在晶體元件301的底面(在-Y’側處)上延伸到-X側處的一端。從激磁電極304b起，引出電極313b在晶體元件301的底面(在-Y’側處)上延伸到+X側處的另一端，而連接電極305b形成於晶體元件301的底面(在-Y’側處)上+X側處的另一端處。當石英晶體框架30以密封材料SL接合到第二底板11時，石英晶體框架30經由連接電極305a及305b以及導電黏合劑61電接合到基底連接電極118a及118b。
第二底板11包含位於接合表面M2上的連接電極118a及連接電極118b。連接電極118a電連接到外部電極115a 以及側面電極117a。連接電極118b同時電連接到外部電極115b以及側面電極117b。導電黏合劑61形成於連接電極118a及118b上。
此外，石英晶體框架30具有四個角，在所述角中形成了石英晶體城堡形焊端306a及306b。石英晶體側面電極307a形成于石英晶體城堡形焊端306a上。石英晶體側面電極307a連接到引出電極313a以及連接電極305a。類似地，石英晶體側面電極307b形成于石英晶體城堡形焊端306b上。石英晶體側面電極307b連接到引出電極313b及連接電極305b。
第二底板11包含安裝表面M1以及接合表面M2。在第二底板11的安裝表面M1上，形成所述一對外部電極115a以及115b。在第二底板11的四個角處，形成側部城堡形焊端116a以及116b。在側部城堡形焊端116a中，形成側面電極117a，側面電極117a連接到外部電極115a。在側部城堡形焊端116b中，形成側面電極117b，側面電極117b連接到外部電極115b。在接合表面M2上，形成連接電極118a，連接電極118a連接到側面電極117a。側面電極117b連接到連接電極118b。
第二蓋12包含接合表面M5。在第二蓋12的四個角處，形成側部城堡形焊端126a以及126b。
如圖4A中所說明，在氮氣中或在真空中按壓第二底板11以及石英晶體框架30並將其加熱到300℃到400℃，藉此，密封材料SL以及導電黏合劑61將石英晶體框架30 與第二底板11接合在一起。同時，石英晶體框架30的連接電極305a以及305b電連接到基底連接電極118a以及118b。
石英晶體框架30與第二蓋12以密封材料SL接合。第二底板11以及第二蓋12接合到石英晶體框架30，因此形成空腔CT。空腔CT內部被抽空或填充以惰性氣體。
密封材料SL由包含(例如)釩的低熔點玻璃製成。低熔點玻璃防水防潮，因此防止空氣中的水進入空腔且防止損壞空腔的氣密密封。基於釩的低熔點玻璃是調配為與黏結劑以及溶劑混合的膏狀物。此玻璃經由焙燒以及冷卻而接合到另一構件。基於釩的低熔點玻璃在(例如)接合處的氣密性以及防潮防水性方面具有高可靠性。
如圖4B中所說明，石英晶體框架30中的激磁電極304a在X軸方向上的長度Lb的中心點P相對於晶體元件301在X軸方向上的長度La的中心點O朝向引出電極的相對側(+X軸側)偏心了25微米到65微米。繼而，形成台面型振動部分303的區域的中心點P相對於晶體元件301的中心點O偏心(參見圖4B)。激磁電極304形成于對應于振動部分303的中心中。因此，激磁電極304的中心點P也偏心了與振動部分303相同的量。即，從晶體元件301的中心點O到激磁電極的長度的中心點P的偏心量Lf是朝向+X側25微米到65微米。原因是，CI值取如圖2所述的範圍內的最小值。
已在上文詳細描述了代表性實施例。但所屬領域的技 術人員將清楚，可在本發明的技術範圍內以各種方式改變或修改本發明。舉例來說，本發明適用於將具有振盪電路等的IC包含在封裝中作為石英晶體裝置的振盪器。另外，可實現本發明的以下修改，而不偏離本揭露的新穎概念的精神和範圍。
根據第一修改的台面型石英晶體振動件可更包含位於薄部分中的連接電極。所述連接電極電連接到引出電極。導電黏合劑塗覆在連接電極上。振動器與所述薄部分在預定方向上可具有900微米到1400微米的長度。連接電極在預定方向上可具有150微米到250微米的長度。導電黏合劑在預定方向上可具有100微米到150微米的長度。
根據第二修改的台面型石英晶體振動件可包含：環狀框架主體，所述環狀框架主體經由孔隙圍繞薄部分；以及連接部分，所述連接部分將所述薄部分與所述環狀框架主體連接。根據第三修改的台面型石英晶體振動件可包含振動器，所述振動器在38.4兆赫以及32.736兆赫之一下振動。
根據第四修改的石英晶體裝置可包含：底板，台面型石英晶體振動件放置於所述底板上；以及蓋板，所述蓋板與所述底板一起形成空腔。所述空腔容納台面型石英晶體振動件。根據第五修改的石英晶體裝置可包含：底板，所述底板接合到環狀框架主體的一個表面；以及蓋板，所述蓋板接合到所述環狀框架主體的另一表面。所述蓋板與所述底板一起形成空腔。所述空腔容納台面型石英晶體振動 件。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧振盪器電路
2‧‧‧晶體共振器
11‧‧‧自動頻率控制單元
12‧‧‧振盪器單元
13‧‧‧輸出緩衝器單元
14‧‧‧溫度感測器單元
15‧‧‧溫度補償單元
16‧‧‧非揮發性記憶體
17‧‧‧定電壓電源
18‧‧‧高溫溫度感測器單元
19‧‧‧高溫負載電容調節單元
31‧‧‧反向器積體電路
32‧‧‧緩衝器
33‧‧‧緩衝器
VDD‧‧‧系統電壓
OUT‧‧‧輸出端
GND‧‧‧接地端
AFC‧‧‧自動頻率控制端
V1、V2‧‧‧第一電壓、第二電壓
VD1~VD4‧‧‧可變電容二極體
Rf、R1~R5‧‧‧分壓電阻
Fout‧‧‧輸出
C1~C5‧‧‧電容
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。
從參看附圖描述的以下具體實施方式中，本揭露的前述以及額外的特徵與特性將變得更明顯，在附圖中：
圖1A是根據第一實施例的不含蓋的第一晶體單元100的平面圖。
圖1B是沿著第一晶體單元100的線A-A’的剖面圖。
圖2是說明CI值與偏心量之間的關係的曲線圖，所述偏心量是激磁電極的相應長度的中心與石英晶體振動件的長度的中心之間的偏心量。
圖3是根據第二實施例的第二晶體單元110的分解透視圖。
圖4A是沿著圖3的線B-B’的剖面圖。
圖4B是第二晶體單元110的石英晶體框架30的平面圖。
20‧‧‧石英晶體振動件
21‧‧‧晶體元件
22a‧‧‧激磁電極
23a‧‧‧引出電極
23b‧‧‧引出電極
24‧‧‧振動部分
25a‧‧‧連接電極
25b‧‧‧連接電極
40‧‧‧陶瓷底板
45‧‧‧台座底面陶瓷層
61‧‧‧導電黏合劑
La‧‧‧石英晶體振動件20在X軸方向的長度
Lb‧‧‧連接電極自在X軸方向的長度
Lc‧‧‧連接電極在X軸方向的長度
Ld‧‧‧連接電極接合到導電黏合劑61的長度
Lf‧‧‧偏心量
Wa‧‧‧在Z'軸方向的寬度

Claims (10)

  1. 一種台面型石英晶體振動件，包括：振動器，所述振動器為具有兩個主要表面的四邊形形狀；一對激磁電極，所述激磁電極位於所述兩個主要表面上；薄部分，所述薄部分位於所述四邊形形狀之外，所述薄部分的厚度比所述振動器的厚度薄；以及一對引出電極，所述引出電極是從所述激磁電極向預定方向引出，其中所述激磁電極在所述預定方向上的第一長度的中心相對於在所述預定方向上的第二長度的中心偏心，所述第二長度包含所述振動器的長度以及所述薄部分的長度，所述第一長度的所述中心朝向所述引出電極的相對側偏心了25微米到65微米。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的台面型石英晶體振動件，更包括：連接電極，所述連接電極安置在所述薄部分中，所述連接電極電連接到所述引出電極，導電黏合劑塗覆在所述連接電極上，其中所述振動器與所述薄部分在所述預定方向上具有900微米到1400微米的長度，所述連接電極在所述預定方向上具有150微米到250微米的長度，以及 所述導電黏合劑在所述預定方向上具有100微米到150微米的長度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的台面型石英晶體振動件，更包括：環狀框架主體，所述環狀框架主體經由孔隙圍繞所述薄部分；以及連接部分，所述連接部分將所述薄部分與所述環狀框架主體連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的台面型石英晶體振動件，其特徵在於：所述振動器在38.4兆赫以及32.736兆赫之一下振動。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的台面型石英晶體振動件，其特徵在於：所述振動器在38.4兆赫以及32.736兆赫之一下振動。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的台面型石英晶體振動件，其特徵在於：所述振動器在38.4兆赫以及32.736兆赫之一下振動。
  7. 一種石英晶體裝置，包括：如申請專利範圍第1項所述的台面型石英晶體振動件；底板，所述台面型石英晶體振動件放置於所述底板上；以及蓋板，所述蓋板與所述底板一起形成空腔，所述空腔容納所述台面型石英晶體振動件。
  8. 一種石英晶體裝置，包括：如申請專利範圍第2項所述的台面型石英晶體振動件；底板，所述台面型石英晶體振動件放置於所述底板上；以及蓋板，所述蓋板與所述底板一起形成空腔，所述空腔容納所述台面型石英晶體振動件。
  9. 一種石英晶體裝置，包括：如申請專利範圍第4項所述的台面型石英晶體振動件；底板，所述台面型石英晶體振動件放置於所述底板上；以及蓋板，所述蓋板與所述底板一起形成空腔，所述空腔容納所述台面型石英晶體振動件。
  10. 一種石英晶體裝置，包括：如申請專利範圍第3項所述的台面型石英晶體振動件；底板，所述底板接合到所述環狀框架主體的一個表面；以及蓋板，所述蓋板接合到所述環狀框架主體的另一表面，所述蓋板與所述底板一起形成空腔，所述空腔容納所述台面型石英晶體振動件。
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