CN101557207A

CN101557207A - 压电振动装置

Info

Publication number: CN101557207A
Application number: CNA2009101178994A
Authority: CN
Inventors: 西村裕也; 杉山利夫
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2009-10-14
Also published as: JP2009253883A; EP2109219A3; US20090256449A1; EP2109219A2

Abstract

本发明提供一种温度特性、CI值以及频率稳定的压电振动装置。压电装置(50)包括：具有与外部电极(31)导通的第一连接电极(35)的底板(3)、具有形成在第一面且与第一连接电极连接的第二连接电极(36)和形成在第一面的反对面且与第二连接电极导通的第三连接电极(37)且固定在底板上的支撑部件(6a)、具有激发电极(23、25)的同时，通过涂布于第三连接电极(37)上的粘合剂(61)固定于支撑部件上的压电振动片(20)。压电装置在第三连接电极(37)的所定方向上形成有凹部，以便使粘合剂不会向压电振动片的所定区域扩散。

Description

压电振动装置

技术领域

本发明涉及一种制造压电振动装置的技术，该压电振动装置采用由水晶构成的压电基板且具有支撑台。

背景技术

以往，在表或家电产品、各种信息通信机器或OA机器等的民生、产业用电子机器中，作为其电子电路的时钟源，广泛使用将压电振子、压电振动片和IC芯片一同封装在同一包装件内的振荡器或实时时钟模块等的压电装置。最近，随着搭载了这些压电装置的电子机器的小型化、薄型化，这些压电装置要求进一步小型化、薄型化。另外，还要求能够确保低CI(晶体阻抗)值、高品质且安全性优良的压电装置。压电振动装置在底板上固定压电振动片之际，通过导电性粘合剂粘接于底板。若将该压电振动片固定于底板，在压电振动片上产生应力等，则有可能使温度特性以及CI值上升、或使CI值的偏差以及DLD(Drive level dependency、激励电平依赖性)特性变大。

在专利文献1(日本特开2007-195138)中公开的压电振动片通过支撑台保持在包装件的底板上。即，专利文献1公开了一种通过具有支撑台，抑制了压电振动片固定于底板时的应力、或者封装时的应力施加于压电振动片的情况的技术。

但是，相应于进一步小型化的需求，有必要设定最合适的导电性粘合剂的涂布区域以及涂布量。若仅具有支撑台，则有时因导电性粘合剂的扩散，具有DLD无法充分变小的情况，或者具有CI值上升或产生CI值的偏差的情况。

发明内容

本发明目的在于解决上述课题，提供一种温度特性、CI值以及频率稳定的压电振动装置。

第一观点所述压电装置具有底板、固定于底板上的支撑部件、以及具有激发电极的压电振动片；其中，所述底板具有导通于外部电极的第一连接电极；所述支撑部件具有形成在其第一面且与第一连接电极连接的第二连接电极、以及形成在其第一面的反对面上且与第二连接电极导通的第三连接电极；所述压电振动片通过涂布在第三连接电极上的粘合剂固定于支撑部件上。而且，压电装置在第三连接电极的所定方向上形成有凹部，以便使粘合剂不会向压电振动片的所定区域扩散。

通过这样的构成，在大量涂布粘合剂的情况，粘合剂会流入凹部。因此，粘合剂不会向压电振动片的激发电极侧扩散。

第二观点所述压电装置中，支撑部件为矩形形状，第三连接电极设置在矩形形状的四个角。

根据第二观点的压电装置，能够无需考虑地配置支撑部件的左右。

第三观点所述压电装置中，支撑部件为矩形形状，第三连接电极设置在矩形形状的至少一个边。

根据第三观点的压电装置无需设置多余的连接电极，因此能够降低制造成本。

第四观点所述压电装置中，粘合剂为导电性粘合剂，第三连接电极和激发电极通过导电性粘合剂进行导通。

第五观点所述压电装置中，第三连接电极和激发电极通过引线接合进行导通。

第六观点所述压电装置中，在支撑部件的矩形形状的长度方向上，第一连接电极和第三连接电极相隔该压电装置长度方向的长度的10％以上。

通过第一连接电极的接合位置和第三连接电极的接合位置相间隔，能够减少因固化引起的变形应力的影响。由此，在接合之际，其频率变动变小，能够制造频率稳定的压电装置。

发明效果

即使小型化本发明的压电振动装置，也能够降低CI值的恶化。另外，该压电装置能够响应小型化的要求。

附图说明

图1a是实施例1所述第一压电振动装置50。

图1b是图1a所示第一压电振动装置50的B-B剖面图。

图2a是实施例2所述第二压电振动装置55。

图2b是图2a所示第二压电振动装置55的A-A剖面图。

图3是表示因距离JL的距离不同而引起的回流前后的频率的变化量的图。

图4是表示形成有凸部65的支撑台6a和不具有凸部的支撑台106的图。

图5是表示用CI值比较了分别使用了形成有凸部65的支撑台6a和不具有凸部的支撑台106的AT切割水晶振动片40的温度特性的表。

图6是比较了使用了形成有凸部65的支撑台6a和不具有凸部的支撑台106的第一压电振动装置50的DLD特性的表。

图7a是变形例1的支撑台6b的主视图以及侧视图。

图7b是变形例2的支撑台6c的主视图以及侧视图。

图8是变形例3的支撑台6d的主视图以及侧视图。

图9a是变形例4的支撑台6e的主视图以及侧视图。

图9b是变形例5的支撑台6f的主视图以及侧视图。

图10a是变形例6的支撑台6g的主视图以及侧视图。

图10b是变形例7的支撑台6h的主视图以及侧视图。

附图标记说明

3…底板

6a，6b，6c，6d，6e，6f，6g，6h，…支撑台

20…音叉型水晶振动片

21…振动臂

23a…第一基部電極

23d…第一激发电极

25a…第二基部電極

25d…第二激发电极

27…密封材料

28…盖

29…基部

30…锤部

31…外部电极

35…第一连接电极

36…第二连接电极

37…第三连接电极

40…AT切割水晶振动片

41…第一激发电极

43…第二激发电极

45…引出电极

50…第一压电振动装置

55…第二压电振动装置

61，62…导电性粘合剂

63…底板用粘合剂

65…凸部

66…切入部

67…槽部

68…狭缝

211…槽部

JL…第一连接电极和第三连接电极之间接合的距离

具体实施方式

<实施例1>

图1a表示实施例1所述第一压电振动装置50。图1b是图1a的B-B剖面图。如图1a以及图1b所示，第一压电振动装置50由AT切割水晶振动片40、保持AT切割水晶振动片40的底板3、用于密封封装的盖28、以及支撑台6a构成。第一压电振动装置50在由底板3和盖28形成的空间中安装有AT切割水晶振动片40。

AT切割是相对于结晶轴(XYZ)的Y轴，主面(YZ面)以X轴为中心，从Z轴向Y轴方向倾斜了35度15分的切割角度。以下，在表示AT切割水晶振动片的轴方向之际，通常将倾斜的新的轴分别表示为Y′轴以及Z′轴。如图1a以及图1b所示，AT切割水晶振动片40的X方向两端部实施了倒角、凸面等的端面处理，在第一主面上形成有第一激发电极41，以及在第二主面上形成有第二激发电极43。第一激发电极41与引出电极45相连接，第二激发电极43与形成在第二主面侧的引出电极45相连接。若向其中施加电压，则AT切割水晶振动片40以所定的频率震动。

如图1a以及图1b所示的AT切割水晶振动片40是实施了端面加工的低频振动片，但也可以通过导电性粘合剂61将没有实施端面处理的高频AT切割水晶振动片固定于支撑台6a上。此外，倒台形的AT切割水晶振动片也同样可以固定于支撑台6a上。

底板3例如由陶瓷形成，层叠多张陶瓷片，在成为箱体的状态下烧结而成。在底板3的内面底部形成有第一连接电极35，在底板3的外侧底部形成有外部电极31。第一连接电极35与外部电极31导通。通过使用这样的底板3，第一压电振动装置50能够进行表面安装(SMD：Surface Mount Device)。关于底板3的大小，X方向的长度为5.0mm左右，Z′方向的长度为3.0mm左右。

支撑台6a由矩形形状的水晶构成，如图1b所示，在四个角上形成有凸部65。关于支撑台6a的大小，X方向的长度为3.4mm左右，Z′方向的长度为1.8mm左右。支撑台6a的厚度(Y′方向)约为0.16mm，凸部的高度为0.06mm左右。支撑台6a在一对凸部65的上面具有第三连接电极37，在支撑台6a的底面具有第二连接电极36。这些第二连接电极36以及第三连接电极37由在铬层上重叠了金层的金属层构成，其分别导通。

如图1b所示，通过涂布于底板3的第一连接电极35上的两处导电性粘合剂62和在支撑台6a的中央涂布于底板3上的一处底板用粘合剂63固定支撑台6a。另外，AT切割水晶振动片40和支撑台6a使用导电性粘合剂61而被固定。

在固定之际，例如在将支撑台6a搭载在涂布于底板3上的两处导电性粘合剂62和一处底板用粘合剂63上的状态下，使导电性粘合剂62和底板用粘合剂63固化。底板3和AT切割水晶振动片40和支撑台6a使用导电性粘合剂61以及导电性粘合剂62进行电接合及机械接合，由底板用粘合剂63进行接合。

由此，通过支撑台6a，从第三连接电极37接合至外部电极31，AT切割水晶振动片40的引出电极45电连接于底板3的外部电极31。除了图1a及图1b所说明的方法之外，也可以构成为在导电性粘合剂61中使用非非导电性粘合剂，通过引线接合连接第三连接电极37和AT切割水晶振动片40的引出电极45，AT切割水晶振动片40与底板3的外部电极31导通。

另外，如图1b所示，第一连接电极35的导电性粘合剂61和第三连接电极37的导电性粘合剂62的接合位置在X方向上仅相隔距离JL。距离JL优选为0.5mm以上，优选以底板3的长度为基准，相对于长度接合位置相隔10％以上。

<实施例2>

图2a在本实施例的第二压电振动装置55中拆卸了盖28的图。图2b是图2a的B-B剖面图。在图2中，与图1相同符号的部件是具有同样功能及构成的部件。

如图2a以及图2b所示，第二压电振动装置55由音叉型水晶振动片20、保持音叉型水晶振动片20的底板3、用于密封封装的盖28、以及支撑台6a构成。第二压电振动装置55在由底板3和盖28形成的空间上安装有音叉型水晶振动片20。音叉型水晶振动片20是如在32.768kHz上产生信号的振动片，例如Y方向的长度为1.45mm左右，X方向的长度为0.5mm左右，Z方向的厚度为0.1mm左右。

图2a所示，音叉型水晶振动片20具有从基部29大致水平地延伸的一对振动臂21。在振动臂21的表里两面形成有槽部211。槽部211的深度相对于厚度为30％到45％左右。槽部211的剖面大致形成为H型，槽部211具有降低音叉型水晶振动片20的CI值的效果。另外，在本实施例中，在一根振动臂的两处形成有槽部211，但也可以在一处或者多处形成有槽部211，同样也具有降低CI值的效果。

音叉型水晶振动片20的基部29整体形成为板状。基部29宽度向两个阶段扩张。在振动臂21振动之际，即使产生具有垂直方向成分的振动，通过其形状，可以缓和振动臂21的振动从基部29向支撑台6a的流入的振动。

音叉型水晶振动片20在第一主面以及第二主面上形成有第一激发电极23d以及第二激发电极25d。第一激发电极23d与形成在基部29的第一引出电极23a连接，第二激发电极25d与形成在基部29的第二引出电极25a连接。若向第一引出电极23a以及第二引出电极25a施加电压，则音叉型水晶振动片20以所定的频率振动。另外，在音叉型水晶振动片20的振动臂21的前端形成有锤部30。音叉型水晶振动片20的锤部30是用于使振动臂21的振动变得容易的锤，且为了调整频率而设置。

音叉型水晶振动片20的第一引出电极23a以及第二引出电极25a、第一激发电极23d以及第二激发电极25d、以及锤部30是在150埃～700埃的铬(Cr)层上形成了400埃～2000埃的金(Au)层的构成。

底板3例如由陶瓷构成，关于底板3的大小，Y方向的长度为5.0mm左右、X方向的长度为3.2mm左右。另外，支撑台6a由矩形形状的水晶构成，图2b所示在四个角上形成有凸部65。关于支撑台6a的大小，Y方向的长度为3.4mm左右、X方向的长度为1.8mm左右。图2所示支撑台6a在两对凸部65的上面具有第三连接电极37。由此，形成于支撑台6a底面的第二连接电极36向两侧延伸。

第一引出电极23a以及第二引出电极25a与底板3的外部电极31电连接。除了图2所说明的方法之外，也可以在导电性粘合剂61中使用非导电性粘合剂，通过引线接合连接第三连接电极37和音叉型水晶振动片20，由此音叉型水晶振动片20与底板3的外部电极31导通。

与实施例1相同，第一连接电极35的导电性粘合剂61和第三连接电极37的导电性粘合剂62之间的距离JL，以底板3的长度为基准，优选相隔10％以上。

<由粘合剂固化引起的频率的变化量>

图3是表示图1所示第一压电振动装置50在回流炉中固化粘合剂前后的频率的变化量的图。图3的纵轴的频率变化量df/f(ppm)表示用频率的变化量(Hz)除以水晶振子的频率(Hz)的百分比。

在图3中，比较了第一连接电极35和第三连接电极37之间的接合位置的距离JL为0.0mm的情况、0.5mm的情况、0.8mm的情况。将各自的试料在260℃进行两次10秒的回流，比较了回流前后的频率的变化量。当距离JL为0.0mm的情况，约为-1.7ppm，当距离JL为0.5mm的情况，约为-0.3ppm，当距离JL为0.8mm的情况，为+0.4ppm。这样根据距离JL的不同，频率的变化量也不同。

若第一连接电极35和第三连接电极37之间的距离JL过近，则音叉型水晶振动片20容易受将音叉型水晶振动片20安装于底板3时的导电性粘合剂61、导电性粘合剂62以及底板用粘合剂63固化之际产生的变形应力。通过使第一连接电极35和第三连接电极37之间的距离JL充分，能够缓和变形应力。距离JL优选为0.5mm以上。若距离JL为0.5mm以上，则虽然频率的变化量不同但没有大的变化。

<支撑台6a>

图4a以及4b是表示形成了凸部65的支撑台6a和不具有凸部的支撑台106的主视图以及侧视图。

在实施例1以及实施例2中，使用了在四个角上形成了凸部65的支撑台6a。如图4a所示，该支撑台6a的凸部65切片加工或切削加工矩形形状的水晶而成。支撑台6a在凸部65的上面具有第三连接电极37，第三连接电极37与支撑台6a底面的第二连接电极36导通。

音叉型水晶振动片20或AT切割水晶振动片40仅具有一对激发电极，所以可以仅准备一对第三连接电极37。但是通过在四个角上形成凸部65，左右对称地形成支撑台6a，能够使支撑台6a载置于底板3的制造工序中的排列作业变得容易。

通过未图示的涂布器将导电性粘合剂61涂布于一对第三连接电极37上。虽然导电性粘合剂61的涂布量受限，但是涂布于第三连接电极37的涂布量有所变动。图4a以及图4b表示大量涂布了导电性粘合剂61的状态。

如图4b所示，若在大量涂布有导电性粘合剂61的状态的、不具有凸部的支撑台106上载置AT切割水晶振动片40(图1a)或者音叉型水晶振动片20(图2a)，则导电性粘合剂61向着AT切割水晶振动片40或者音叉型水晶振动片20的激发电极侧扩散。

一方面，如图4a所示的支撑台6a的第三连接电极37设置有凸部65。因此，即使导电性粘合剂61的涂布量多，多余的导电性粘合剂61通过凸部65而向下流入，所以不会向AT切割水晶振动片40或者音叉型水晶振动片20的激发电极侧扩散。因此若使用形成有凸部65的支撑台6a，则能够得到温度特性、CI值以及频率稳定的第一压电振动装置50以及第二压电振动装置55。

图5是用CI值比较了采用形成有凸部65的支撑台6a和不具有凸部的支撑台106的AT切割水晶振动片40的温度特性的表。该表的纵轴表示CI值(Ω)，横轴表示温度(℃)。使用了形成有凸部65的支撑台6a时的温度特性由实线A表示，使用了不具有凸部的支撑台106时的温度特性由虚线B表示。

使用了不具有凸部的支撑台106的AT切割水晶振动片40的原始CI值大，因温度变化引起的CI值的偏差也大。这是因为在不具有凸部的支撑台106的第三连接电极37上大量涂布导电性粘合剂61，在粘合AT切割水晶振动片40之际，无法控制导电性粘合剂61的扩散。一方面，使用了形成有凸部65的支撑台6a的AT切割水晶振动片40的CI值小，因温度变化引起的偏差也小。这是因为即使导电性粘合剂61扩散，多余的导电性粘合剂61通过凸部65向下流入，所以不会对AT切割水晶振动片40造成影响。

图6是比较了使用形成有凸部65的支撑台6a和不具有凸部的支撑台106的第一压电振动装置50的DLD(Drive level dependency、激励电平依赖性)特性的图。横轴表示ΔCI值，该ΔCI值表示向第一压电振动装置50施加50μA的电流，将电流最大加大至5mA后，重新返回到50μA时，最初50μA时的CI值和返回到50μA时的CI值之间的差。纵轴表示发生个数。另外，在制造第一压电振动装置50之际，无需特意控制从涂布器涂布大量的导电性粘合剂61，只要涂布适量的导电性粘合剂61即可。

对120个第一压电振动装置50，分别施加从50μA到50mA的电流，再返回到50μA。变动的ΔCI值为0.2Ω，但多达71个，大部分第一压电振动装置50的ΔCI值均在0.4Ω以下。

一方面，同样对使用了没有凸部加工的支撑台106的120个压电振动装置施加了电流。使用了没有凸部加工的支撑台106的120个压电振动装置在从0.2Ω到0.9Ω的范围内具有偏差，整体的平均差，偏差也大。

从图5以及图6的结果可知，使用了形成有凸部65的支撑台6a的第一压电振动装置50相比于不具有凸部的压电装置，温度特性、CI值稳定。

<支撑台的变形例>

图7至图10为图4所示支撑台6a的变形例。在任意变形例中，均为导电性粘合剂61不会向音叉型水晶振动片20或者AT切割水晶振动片40的激发电极侧扩散的支撑台6。对于与图4相同的部件，采用相同的符号。

图7a是变形例1所述支撑台6b的主视图以及侧面图。在支撑台6b一边的两个角形成一对凸部65。支撑台6b在凸部65的上面具有第三连接电极37，在支撑台6b的底面具有第二连接电极36。音叉型水晶振动片20或AT切割水晶振动片40仅具有一对激发电极，所以在一边的角部形成一对凸部65。没有形成不使用的第三连接电极37，变形例1所述支撑台6b能够降低成本。

图7b是变形例2所述支撑台6c的主视图以及侧视图。在支撑台6c的一边上，形成有一个支撑台6c的宽度的凸部65。支撑台6c在凸部65的两端具有一对第三连接电极37，在支撑台6c的底面具有第二连接电极36。支撑台6c可以仅在一边形成有一个凸部65，所以切片加工或者切削加工变得容易。

图8是变形例3所述支撑台6d的主视图以及侧视图。在变形例2所述支撑台6c中，根据导电性粘合剂61的涂布量，在一对第三连接电极37之间有时会产生短路。为了避免这样的短路，在图8所述支撑台6c的凸部65上设置有多个狭缝68。在变形例3中，狭缝68没有贯通到支撑台6d的里面，但也可以贯通到里面。通过设置狭缝68，即使大量涂布有导电性粘合剂61，也不会在一对第三连接电极37之间扩散。

图9a是变形例4所述支撑台6e的主视图以及侧视图。在支撑台6e的四个角设置有四个第三连接电极37，在其长度方向的中央侧设置有四处切入部66。即使在一对第三连接电极37上大量涂布有导电性粘合剂61，导电性粘合剂61流入切入部66中，不会扩散至A T切割水晶振动片40或音叉型水晶振动片20的激发电极。在试图减少第一压电振动装置50或第二压电振动装置55的厚度(图1以及图2的Z方向)之际有效。另外，通过左右对称地形成支撑台6e，能够使配置作业变得容易。另外，第二连接电极36避开切入部66而设置。

图9b是变形例5所述支撑台6f的主视图以及侧视图。在支撑台6f的两个角上设置有两个第三连接电极37，在其长度方向中央侧设置有两处切入部66。即使在一对第三连接电极37上涂布有大量的导电性粘合剂61，导电性粘合剂61流入切入部66中，导电性粘合剂61不会扩散至AT切割水晶振动片40或音音叉型水晶振动片20的激发电极。变形例5所述支撑台6f相比于变形例4所述支撑台6e，切入部66少，第三连接电极37的个数也少，所以能够降低制造成本。

图10a是变形例6所述支撑台6g的主视图以及侧视图。在支撑台6g的四个角形成有四个第三连接电极37，在其长度方向中央侧设置有四处槽部67。即使在一对第三连接电极37上涂布有大量的导电性粘合剂61，导电性粘合剂61流入槽部67中，不会扩散至AT切割水晶振动片40或者音叉型水晶振动片20的激发电极。即使支撑台6g薄，相比于切入部66，能够提高钢性强度。

图10b是变形例7所述支撑台6h的主视图以及侧视图。在支撑台6h的两角设置有两个第三连接电极37，其长度方向中央侧设置有两处切入部66。为了避免在第三连接电极37之间的短路，在支撑台6h上设置有多个狭缝68。在变形例7中，狭缝68没有贯通至支撑台6h的里面，但也可以贯通至里面。通过设置狭缝68，即使在设置有切入部66的支撑台6h上大量涂布有导电性粘合剂61，也不会扩散至AT切割水晶振动片40或者音叉型水晶振动片20的激发电极。

产业上的可利用性

以上，详细说明了本发明的最佳实施例，但本领域人员可知，在本发明的技术范围内，在上述各实施例中可以实施种种变更以及变形。例如，在上述实施形态中，说明了AT切割水晶振动片，水晶的切割方向也可以是BT切割、SC切割、IT切割等的切割方向。另外，也可以不使用导电性粘合剂61，由非导电性粘合剂固定压电振动片的同时，由引线接合连接第三连接电极37和音叉型水晶振动片20。本发明的压电振动片除了水晶以外，可以还可以使用铌酸锂等的种种压电单结晶材料。

Claims

1、一种压电装置，其特征在于，具有；

底板，其具有与外部电极导通的第一连接电极，

支撑部件，其具有形成在第一面且与所述第一连接电极连接的第二连接电极和形成在所述第一面的反对面且与所述第二连接电极导通的第三连接电极，且固定在所述底板上，

压电振动片，其具有激发电极以及与该激发电极导通的引出电极的同时，通过涂布于所述第三连接电极的粘合剂固定于所述支撑部件；

在所述第三连接电极的所定方向上形成有凹部，以便使所述粘合剂不会向所述压电振动片的所定区域扩散。

2、如权利要求1所述压电装置，其特征在于，所述支撑部件为矩形形状，所述第三连接电极设置在所述矩形形状的四个角。

3、如权利要求1所述压电装置，其特征在于，所述支撑部件为矩形形状，所述第三连接电极设置在所述矩形形状的至少一边。

4、如权利要求1至3中任意一项所述压电装置，其特征在于，所述粘合剂为导电性粘合剂，所述第三连接电极和所述引出电极通过所述导电性粘合剂导通。

5、如权利要求1至3中任意一项所述压电装置，其特征在于，所述第三连接电极和所述引出电极通过引线接合导通。

6、如权利要求2或3所述压电装置，其特征在于，所述第一连接电极和所述第三连接电极在所述支撑部件的矩形形状的长度方向上相隔该压电装置的长度方向的长度的10％以上。