TWI447976B - Vibration parts, oscillators, gyro components and electronic equipment - Google Patents

Description

振動件、振盪器、陀螺元件及電子機器

本發明係關於各種電子機器所使用之壓電振動件、壓電振盪器等之壓電裝置，尤其是關於將收容壓電振動片之封裝體氣密地封裝之表面安裝型壓電裝置。

先前，壓電裝置多數是使用適於對電路基板等安裝之表面安裝型者。一般而言，表面安裝型壓電裝置所採用之封裝體構造為包括含有陶瓷等之絕緣材料之薄箱型基台、與接合於其之平板狀之蓋，且於其內部安裝壓電振動片將其氣密地封裝而成。又，伴隨著最近之電子機器之小型化、薄型化，業界要求壓電裝置能進一步小型化、薄型化。

為使壓電裝置小型化，已知有音叉型壓電振動片，其具有從基端部平行地延伸而出之1對振動腕、與從該基端部與振動腕平行地延伸而出且設置有來自激振電極的引出電極之支持腕(例如，參照專利文獻1)。亦已知有具有矩形薄板之振動部的厚薄切變振動模式之壓電振動片，其構造同樣地具備從振動部之基端與其平行地延伸而出，且設置有來自激振電極之引出電極之支持腕(例如，參照專利文獻2)。

該等之壓電振動片在支持腕處，係藉由以導電性接著劑固著於封裝體之安裝電極而作電性連接，而且係經機械式固定支持。因此，相較於藉由導電性接著劑在其基端部將壓電振動片懸臂式固定支持之先前之構造，由於在長度方向基端部之尺寸變小，故以此份額可使該壓電振動片及壓電裝置小型化。

通常，壓電振動片之支持腕，針對將壓電振動片安穩地固定之層面，係於振動腕或振動部之兩側各設置1個。又，支持腕亦可僅於振動腕或振動部之單側設置1個，在該支持腕或基端部處固定於封裝體(例如，參照專利文獻3)。

再者，音叉型壓電振動片係於振動腕之前端，形成寬度擴大之錘部，藉此可縮短振動腕，使振動片整體於長度方向小型化(例如，參照專利文獻4)。藉由該寬幅之錘部，可抑制高次振動模式之產生，而獲得振動頻率之安定性。

又，表面安裝型壓電裝置使用之封裝構造為：為在接合蓋與基台時，排出由封裝材產生之氣體或水分，及/或將內部封裝成期望之真空狀態或氛圍，預先設置與外部連通之封裝孔，且在蓋與基台接合後將其閉塞。封裝體之封裝孔在多數之情形下，係設置於積層有陶瓷材料之薄板之構造的基台(例如，參照專利文獻2、3、5)，但亦可設置於平板狀之蓋(例如，參照專利文獻6)之處。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-297198號公報

[專利文獻2]日本特開2009-21794號公報

[專利文獻3]日本特開2004-343541號公報

[專利文獻4]日本特開2005-5896號公報

[專利文獻5]日本特開2006-332727號公報

[專利文獻6]日本特開2002-171152號公報

封裝體之封裝孔係對於置於其中之包含低熔點金屬之球狀、丸粒狀封裝材，照射以雷射光束或鹵素燈等，使其瞬間加熱熔融而閉塞。此時，較佳為使封裝孔內側之開口徑小於外側之開口徑，以使封裝材不會落下至封裝體內。如此之封裝孔在基台包含陶瓷薄板之積層構造時，係藉由將設置於構成其底板之陶瓷薄板之大徑孔，與設置在積層於其上之陶瓷薄板之小徑孔同心狀地配置，而形成為具階差之2層構造。又，對包含金屬平板之蓋，係使用衝壓機等之治具形成向下之凸部，且於其中心開設貫通孔，藉此而可形成封裝孔。

上述先前技術之封裝孔不管是設置於封裝體之基台或蓋任一者之情形下，均係以俯視該等時，與壓電振動片重疊的方式配置，以便使封裝體之平面尺寸小型化。尤其是將封裝孔設置於與壓電振動片之激振電極重疊之位置時，藉由將蓋接合於基台後，從外部經由封裝孔照射雷射光等，將激振電極部分地除去，而可微調壓電振動片之振動頻率。

然而，如上所述，將封裝孔設置於基台且以與壓電振動片重疊的方式配置之封裝體，必須採用至少積層有2層基台之底板部分之構造。再者，必須於封裝孔之內側開口與壓電振動片之間設置間隙。因此，難以使封裝體進一步薄型化‧低高度化。同樣地，將封裝孔設置於蓋時，亦必須於蓋內面之凸部與壓電振動片之間設置間隙，使得封裝體之薄型化‧低高度化受到限制。

因此，本發明係鑑於上述先前之問題而完成者，其目的在於在具備基台或蓋處具封裝孔之表面安裝型封裝體之壓電裝置中，同時實現其小型化及低高度化。

為達成上述目的，本發明之壓電裝置之特徵在於具備壓電振動片、與將該壓電振動片氣密地封裝之封裝體，且壓電振動片具有振動部、與從該振動部之基端部延伸而出且沿著振動部之兩側配置之第1及第2支持腕，且封裝體具有含有絕緣材料之箱型基台；接合於該基台之上部之平板狀之蓋；由基台與蓋劃定，用於將壓電振動片收容於其內部之腔室；從基台或蓋朝腔室之內部突出之凸部；及貫通該凸部，開口於腔室之內部及封裝體之外面之封裝孔；壓電振動片係在第1及第2支持腕處固定支持於腔室之底面；封裝孔係由封裝材被氣密地閉塞；第1支持腕之長度較第2支持腕之長度短；凸部係以俯視觀察時與壓電振動片不重疊的方式，設置於在第1支持腕之延伸方向位於該第1支持腕之前端之前，且在壓電振動片之長度方向上與第2支持腕至少部分重疊之範圍內。

如此，使設置於振動部之兩側之支持腕之一者較另一者短，藉此於腔室內部確保與壓電振動片不重疊之平面空間，並於該平面空間設置凸部並開設封裝孔，藉此可使封裝體低高度化且平面小型化。

在某實施例中，在壓電振動片之寬度方向上，振動部係以靠近比短的第1支持腕為長之第2支持腕的方式配置。藉此，由於壓電振動片之重心位置較第1支持腕更靠近第2支持腕，故可更安穩地支持壓電振動片，且可防止壓電振動片之振動脫漏，從而進一步謀求振動之安定性。

又，在某實施例中，基台係藉由複數個絕緣材料板之積層構造形成為箱型，腔室之底面係由第1絕緣材料板劃定，且凸部係由積層於第1絕緣材料板之第2絕緣材料板劃定，且封裝孔係由形成於第1絕緣材料板之大孔部、與以連續於該大孔部的方式形成於第2絕緣材料板之小孔部，以其內側具有階差的方式形成。如此，由於可將具有為將球狀、顆粒狀封裝材置於其中而被賦予階差之封裝孔之基台，設為至少包含兩片絕緣材料板之積層構造，故有利於封裝體之低高度化。

在其他之實施例中，蓋具有凸部，該凸部之封裝孔具有從蓋之外面朝向腔室具錐度之傾斜面，藉此可同樣地將藉由雷射光束或鹵素燈等之照射而加熱熔融之球狀、顆粒狀封裝材，以不落下至腔室內的方式，置於封裝孔之傾斜面。

在某實施例中，振動部具備具有從其基端部平行地延伸而出可作撓曲振動之至少1對振動腕的音叉型壓電振動片。該情形下，由於振動腕於其前端具有寬幅之錘部，因此即使縮短振動腕，亦可抑制高次振動模式之產生，獲得振動頻率之安定性，故可使壓電振動片整體於長度方向小型化。

根據其他之實施例，本發明可適用於振動部具有包含矩形平板之厚薄切變振動的壓電振動片之壓電裝置。

又，在某實施例中，壓電振動片除第1及第2支持腕以外，進而在其基端部固定於腔室之底面，藉此可更安定地確實支持。

以下，一面參照添加圖式，一面詳細地說明本發明之較佳之實施例。

圖1(A)~(C)顯示根據本發明之壓電裝置之第1實施例。第1實施例之壓電振動件1具備將音叉型壓電振動片2氣密地封裝於內部之封裝體3。封裝體3具有包含陶瓷材料之箱型基台4、與平坦之矩形薄板狀蓋5。基台4係藉由積層成矩形平板狀之下側之陶瓷薄板6、與成矩形框狀之上側之陶瓷薄板7，而劃定用於將壓電振動片2收容於其內部之腔室。蓋5係藉由封裝材8氣密接合於基台4之上端面。

蓋5係以科伐合金、42合金、SUS等之金屬材料、玻璃、矽、水晶、陶瓷等之絕緣材料形成。蓋5為金屬材料之情形下，作為封裝材8，可使用包含科伐合金等之密封環、銀焊料、焊錫等之焊材。蓋5為玻璃、矽、水晶、陶瓷等之情形下，可將低熔點玻璃或接著劑用於封裝材8。

壓電振動片2包含基端部9、與從該基端部於長度方向彼此平行延伸而出之1對振動腕10、11。各振動腕其前端分別具有寬幅之錘部10a、11a。藉由上述錘部，上述振動腕即使縮短其長度，亦可抑制高次振動模式之產生，而獲得振動頻率之安定性，可使壓電振動片2整體於長度方向小型化。本實施例自振動腕10、11其寬度在全長上為一定。在其他之實施例中，上述振動腕之寬度可以從基端側向前端越來越窄的方式形成。

再者，壓電振動片2包含配置於其寬度方向之兩側，且結合於基端部9兩側之連結部分12、13之第1支持腕14、與第2支持腕15。第1及第2支持腕14、15分別從上述連結部分沿著上述振動腕之兩側，與該振動腕大致平行地延伸而出。相對於第2支持腕15具有延伸至振動腕11之錘部11a附近之長度，第1支持腕14形成為第2支持腕15之一半左右之長度而較短。

基台4之上述腔室底面上，在大致對應於安裝之壓電振動片2之第1支持腕14的前端部分的位置，及大致分別對應於第2支持腕15之前端部分與中間部分的位置，設置有安裝電極16~18。壓電振動片2係以導電性接著劑19~21，固著在分別對應於第1支持腕14之前端部分、第2支持腕15之前端部分及中間部分之安裝電極16~18。藉此，上述壓電振動片從振動腕10、11之激振電極(未圖示)經由基端部9，與配線於第1、第2支持腕14、15之引出電極(未圖示)電性連接，並且經機械地固定支持。

再者，於基台4設置有從上述腔室底面向上突出之凸部7a。於凸部7a設置有將上述腔室之內部與封裝體3之外部連通之封裝孔22。封裝孔22係由Au-Sn、焊錫等適當之封裝材23氣密地閉塞。

如圖1(B)、(C)所示，凸部7a係藉由從構成基台4之矩形框狀之上側陶瓷薄板7向上述腔室之內側延伸而出的部分所形成。封裝孔22係藉由將貫通劃定上述腔室之底面的下側陶瓷薄板6之大孔部22a、與貫通上述陶瓷薄板7之上述延伸而出的部分之小孔部22b同心狀連續配置，而使其內部具有階差的方式形成。藉由該階差，在封裝封裝孔22之際，可將球狀、顆粒狀封裝材以不落下至腔室內的方式置於該封裝孔中，且可在真空氛圍中，藉由雷射光束或鹵素燈等之照射使其加熱熔融。

凸部7a係配置於短的第1支持腕14之前端與鄰接之振動腕10之錘部10a之間所劃定之平面空間內。如此，凸部7a以俯視觀察時與壓電振動片2不重疊的方式，進一步設置於在上述第1支持腕之延伸方向上位於該第1振動腕之前端之前，且在壓電振動片2之長度方向上與第2支持腕至少部分重疊之範圍內。藉此，可使封裝體3低高度化且平面小型化。尤其是由於可將基台4設為至少包含2片陶瓷薄板之積層構造，故有利於使封裝體3低高度化。

又，在本實施例中，壓電振動片2係以在其寬度方向，使基端部9之與第2支持腕15之連結部分13短於與第1支持腕14之連結部分12，且使包含振動腕10、11之振動部在位置上較上述第1支持腕更靠近上述第2支持腕的方式配置。藉此，由於壓電振動片2之重心位置較第1支持腕14更靠近於第2支持腕15，故可更安穩地支持壓電振動片。因此，可有效地防止壓電振動片2之振動脫漏，從而進一步謀求振動之安定性。

圖2(A)~(C)顯示根據本發明之壓電裝置之第2實施例。第2實施例之壓電振動件31具備將音叉型壓電振動片32氣密地封裝於內部之封裝體33。封裝體33具備含有陶瓷材料之箱型基台34、與平坦之矩形薄板蓋35。基台34與第1實施例之基台4相同，藉由將矩形薄板狀之下側陶瓷薄板36、與矩形框狀之上側陶瓷薄板37積層，而劃定用於將壓電振動片32收容於其內部之腔室。

壓電振動片32具有與第1實施例之壓電振動片2完全相同之構成，且由於同樣係固定支持於基台34，故省略其再次說明。

蓋35係藉由封裝材38，氣密接合於基台34之上端面。本實施例之蓋35係以科伐合金、42合金、SUS等之金屬材料所形成。封裝材38可使用包含科伐合金等之密封環、銀焊料、焊錫等之焊材。

於蓋35設置有從其內面朝上述腔室內向下突出之凸部39。於凸部39之中心形成有將上述腔室之內部連通於封裝體33之外部之封裝孔40。封裝孔40係以Au-Sn、焊錫等適當之封裝體材41氣密地閉塞。

如圖2(B)、(C)所示，凸部39形成為向下之圓錘形狀，封裝孔40具有從蓋35之外面朝上述腔室被賦予錐度之傾斜面。藉由該傾斜面，在封裝封裝孔40之際，可將球狀、顆粒狀之封裝材以不落下至腔室內的方式置於該封裝孔中，且在真空氛圍中，藉由雷射光束或鹵素燈等之照射，可使其加熱熔融。如此之凸部39及封裝孔40可使用例如衝壓機等之治具形成。

凸部39係配置於較短之第1支持腕14之前端與鄰接之振動腕10之錘部10a之間所劃定之平面空間內。如此，凸部39係以俯視觀察時與壓電振動片32不重疊的方式，進而設置於在上述第1支持腕之延伸方向上位於該第1振動腕之前端之前，且在壓電振動片32之長度方向上與上述第2支持腕至少部分重疊之範圍內。藉此，可使封裝體33低高度化，且平面小型化。

圖3(A)、(B)顯示本發明之壓電裝置之第3實施例。第3實施例之壓電振動件51具備將厚薄切變振動模式之壓電振動片52氣密地封裝於內部之封裝體3。由於封裝體3具有與第1實施例之封裝體完全相同之構成，故省略其再次說明。

壓電振動片52具備基端部53、與從該基端部於長度方向延伸而出之矩形平板狀之振動部54。再者，壓電振動片52具有配置於其寬度方向之兩側且結合於基端部53之兩側的連結部分55、56之第1支持腕57、與第2支持腕58。第1及第2支持腕57、58分別從上述連結部分，沿著上訴振動部之兩側，與其大致平行地延伸而出。第1支持腕57形成為第2支持腕58之一半左右之長度而較短。

封裝體3具有與第1實施例之封裝體相同之構成。在本實施例中，設置於基台4之凸部7a係以俯視觀察時與壓電振動片52不重疊的方式，設置於在較短之第1支持腕57之延伸方向上位於該第1振動腕之前端之前，且在上述壓電振動片之長度方向上與第2支持腕58至少部分重疊之範圍內。藉此，與第1實施例同樣地可使封裝體3低高度化，且平面小型化。又，可將基台4設為至少包含2片陶瓷薄板之積層構造，從而可使封裝體3有效地低高度化。

在本實施例中也是，壓電振動片52係以在其寬度方向，使基端部53之與第2支持腕58之連結部分56短於與第1支持腕57之連結部分55，且振動部52較上述第1支持腕位於更靠近上述第2支持腕的方式配置。藉此，由於壓電振動片52之重心位置較第1支持腕57更靠近第2支持腕58，故可更安穩地支持壓電振動片。因此，可有效地防止壓電振動片52之振動脫漏，從而進一步謀求振動之安定性。

圖4(A)、(B)顯示根據本發明之壓電裝置之第4實施例。第4實施例之壓電振動件61具備將厚薄切變振動模式之壓電振動片62氣密地封裝於內部之封裝體33。由於封裝體33具有與第2實施例之封裝體完全相同之構成，故省略其再次說明。

壓電振動片62與第3實施例之壓電振動片52相同，具有基端部63；從該基端部於長度方向延伸而出之矩形平板狀之振動部64；及配置於其寬度方向之兩側，且結合於基端部63兩側之連結部分65、66之第1支持腕67與第2支持腕68。第1及第2支持腕67、68分別從上述連結部分，沿著上訴振動部之兩側，與其大致平行地延伸。第1支持腕67形成為第2支持腕68之一半左右之長度而較短。

封裝體33具有與第2實施例之封裝體相同之構成。在本實施例中，設置於蓋35之凸部39係以俯視觀察時與壓電振動片62不重疊的方式，設置於在較短之第1支持腕67之延伸方向上位於該第1振動腕之前端之前，且在上述壓電振動片之長度方向上與第2支持腕68至少部分重疊之範圍內。藉此，與第2實施例同樣地可使封裝體33低高度化，且平面小型化。

本發明並非限定於上述實施例，可在其技術範圍內，施加各種之變形或變更。例如，壓電振動片可在第1及第2支持腕、與基端部處，固定於基台之腔室底面，藉此可更安定地確實支持。又，本發明除上述各實施例自壓電振動件以外，還可適用於例如從基端部延伸2對振動腕之壓電陀螺元件般之各種壓電裝置。

1、31、51、61．．．壓電振動件

2、32、52、62．．．壓電振動片

3、33．．．封裝體

4、34．．．基台

5、35．．．蓋

6、7、36、37．．．陶瓷薄板

7a、39．．．凸部

8、38．．．封裝材

9、53、63．．．基端部

10、11．．．振動腕

10a、11a．．．錘部

12、13、53、63．．．連結部分

14、57、67．．．第1支持腕

15、58、68．．．第2支持腕

16~18．．．安裝電極

19~21．．．導電性接著劑

22、40．．．封裝孔

22a．．．大孔部

22b．．．小孔部

23、41．．．封裝材

54、64．．．振動部

圖1(A)係顯示本發明壓電裝置之第1實施例之省略蓋之平面圖，(B)圖係其IB-IB線之縱剖面圖，(C)圖係其IC-IC線之縱剖面圖。

圖2(A)本發明壓電裝置之第2實施例之平面圖，(B)圖係其IIB-IIB線之總剖面圖，(C)圖係其IIC-IIC線之縱剖面圖。

圖3(A)係顯示本發明壓電裝置之第3實施例之省略蓋之平面圖，(B)圖係其III-III線之總剖面圖。

圖4(A)係顯示本發明壓電裝置之第4實施例之省略蓋之平面圖，(B)圖係其IV-IV線之縱剖面圖。

1‧‧‧壓電振動件

2‧‧‧壓電振動片

3‧‧‧封裝體

4‧‧‧基台

5‧‧‧蓋

6、7‧‧‧陶瓷薄板

7a‧‧‧凸部

8‧‧‧封裝材

9‧‧‧基端部

10、11‧‧‧振動腕

10a、11a‧‧‧錘部

12、13‧‧‧連結部分

14‧‧‧第1支持腕

15‧‧‧第2支持腕

16~18‧‧‧安裝電極

19~21‧‧‧導電性接著劑

22‧‧‧封裝孔

22a‧‧‧大孔部

22b‧‧‧小孔部

23‧‧‧封裝體材

Claims (14)

1. 一種振動件，其特徵為包含：振動片，其包括振動部、第1支持部及第2支持部；封裝體，其包括基台及與上述基台接合之蓋，且於內部搭載有上述振動片；及貫通孔，其於上述基台及上述蓋之任一者，以貫通上述內部及上述封裝體之外表面之方式設置；其中上述貫通孔係藉由封裝材而被閉塞；上述第1支持部及上述第2支持部係安裝於上述基台；上述第1支持部之長度較上述第2支持部之長度短；且上述貫通孔係於俯視觀察時以與上述振動片不重疊的方式，相較於上述第2支持部側，較靠於上述第1支持部側地配置。
2. 如請求項1之振動件，其中上述第1支持部及上述第2支持部係沿著上述振動部之兩側配置；且上述貫通孔係於俯視觀察時，沿著上述第1支持部之延伸方向，配置於上述第1支持部之前端之前。
3. 如請求項2之振動件，其中上述振動部係於俯視觀察時，以相較於上述第1支持部，較靠近上述第2支持部的方式配置。
4. 如請求項1至3之任一振動件，其中上述貫通孔係設置於凸部，該凸部係自上述基台或上述蓋之任一者突出至上述內部者。
5. 如請求項4之振動件，其中自上述第1支持部及上述第2支持部之排列方向觀察，上述凸部係以與上述第2支持部之至少一部分重疊之方式設置。
6. 如請求項1至3之任一振動件，其中上述基台包含：第1絕緣性基板，其係於主表面上安裝有上述第1支持部及上述第2支持部；及第2絕緣性基板，其係於上述主表面所設置之凸部；且上述貫通孔係包含：設置於上述第1絕緣性基板之大孔部；及與上述大孔部相連通，且設置於上述第2絕緣性基板之小孔部。
7. 如請求項1至3之任一振動件，其中上述貫通孔係配置於設置在上述蓋之凸部，且包含從上述蓋之外面向上述內部傾斜之傾斜面。
8. 如請求項1至3之任一振動件，其中上述基台係設置了有底之凹部；上述蓋係塞住上述凹部之開口部；且上述振動片係搭載於上述凹部之內部。
9. 如請求項1至3之任一振動件，其中上述振動部係以撓曲振動來振動之振動腕。
10. 如請求項9之振動件，其中 上述振動腕係於其前端包含錘部。
11. 如請求項1至3之任一振動件，其中上述振動部係以厚薄切變振動來振動。
12. 一種振盪器，其包含如請求項1至3之任一振動件。
13. 一種陀螺元件，其包含如請求項1至3之任一振動件。
14. 一種電子機器，其包含如請求項1至3之任一振動件。