JP2009130543A - メサ型振動片、メサ型振動デバイスおよびメサ型振動デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平面サイズを小型化しつつ、不要振動を抑圧したメサ型振動片、メサ型振動デバイスおよびメサ型振動デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】メサ型振動片１０は、励振電極２０を主面１２ａに備えたメサ部１２と、メサ部１２よりも薄くして、メサ部１２と一体にして側方に設けた薄肉部１４と、を備えている。そして薄肉部１４の縁部を構成するいずれか１辺を基端２６側とすると、この基端２６側には、励振電極２０に導通したマウント電極２２を設けている。またマウント電極２２側にあるメサ部１２の側面１２ｂは、導電性接着剤が接合するマウント段差部１８となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、メサ型振動片、メサ型振動デバイスおよびメサ型振動デバイスの製造方法に関するものである。

メサ型振動片は、メサ部（厚肉部）と、このメサ部よりも薄くした薄肉部とを備えている。この薄肉部は、メサ部の周囲に、これと一体にして設けている。これによりメサ型振動片は、素板の両主面に凸部を有することとなる。そしてメサ部の主面に励振電極が設けてあり、また励振電極と１対１に導通したマウント電極が薄肉部に設けてある。

ところで特許文献１に記載された圧電振動素子はメサ型になっているが、圧電振動素子の片端を支持する固定端側における薄肉となっている部分に第１の凸部を設けている。すなわち第１の凸部は、メサの厚肉となる部分（第２の凸部）と固定端の間に設けてある。そして固定端から第１の凸部までの間に導電性接着剤を設けて、圧電振動素子をパッケージベースに搭載している。導電性接着剤を硬化すると収縮が生じるので、第１の凸部を支点として、固定端とは反対側の自由端が回転する。すなわち圧電振動素子の自由端側の端部が持ち上がる。これにより片端支持構造の圧電振動素子を得ている。

また特許文献２に記載されたメサ型水晶振動子は、不要振動である屈曲振動を抑圧するために、水晶基板の寸法や励振電極の寸法、厚肉となっている振動部の厚み、薄肉となっている周辺部の厚みを規定している。
特開２００５−２６８８３０号公報（６−７頁） 特開２００６−３４００２３号公報

メサ型振動片を始めとする振動片は、様々な電子機器に搭載されているが、電子機器が小型化されているのに伴って、振動片に対して平面サイズの小型化の要求がある。ところが前述した特許文献１に記載された発明は、圧電振動素子の薄肉となっている部分に第１の凸部を設けているので、当該薄肉部分の平面サイズを広くしなければならならず、圧電振動素子の平面サイズが大きくなってしまう。そして圧電振動素子の固定端から自由端までの距離が長くなってしまうので、圧電振動素子に接合する導電性接着剤が硬化・収縮するときに、第１の凸部を支点として自由端が回転し難くなってしまう。
また特許文献２は、屈曲振動を抑圧することについて記載されているのみである。

本発明は、平面サイズを小型化しつつ、不要振動を抑圧したメサ型振動片を提供することを目的とする。また、このメサ型振動片を用いたメサ型振動デバイスおよびこれの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］励振電極を主面に備えたメサ部と、前記メサ部よりも薄くして、前記メサ部と一体にして側方に設けた薄肉部と、を備え、前記薄肉部の縁部を構成するいずれか１辺を基端側とし、前記基端側には、前記励振電極に導通したマウント電極を設け、前記マウント電極側にある前記メサ部の側面は、導電性接着剤が接合するマウント段差部とした、ことを特徴とするメサ型振動片。

これによりメサ部における基端側の側面がマウント部分となるので、薄肉部の平面サイズを小型化でき、ひいてはメサ型振動片の平面サイズを小型化できる。またメサ型振動片を保持器に搭載する場合、メサ部における基端側の側面やマウント電極に導電性接着剤が接合すると、この導電性接着剤が硬化時に収縮して、テコの様になってメサ型振動片の先端側を持ち上げることができる。

［適用例２］前記メサ部の縁部と前記励振電極の縁部とが不要振動である屈曲振動の腹の位置にあり、前記屈曲振動の波長をλとすると、隣り合う縁部同士では、前記屈曲振動の腹がλ／２の奇数倍ずれていることを特徴とする適用例１に記載のメサ型振動片。

これによりメサ型振動片に生じる屈曲振動を抑圧でき、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値を低減できる。

［適用例３］前記メサ部および前記薄肉部は、水晶を用いて一体に形成されており、水晶の結晶軸のＸ軸に沿った前記メサ部の長さをＭＬ、Ｘ軸方向に生じる不要振動である屈曲振動の波長をλとすると、ＭＬとλは、

の関係を満たすことを特徴とする適用例１に記載のメサ型振動片。
これによりメサ型振動片に生じる屈曲振動を抑圧でき、ＣＩ値を低減できる。

［適用例４］前記メサ部の厚さをｔとし、前記薄肉部の主面から前記メサ部の主面までのメサ部段差の高さをΔＴとすると、メサ部段差の高さΔＴは、前記メサ部の厚さｔの１０％〜３０％の範囲内であることを特徴とする適用例１ないし３のいずれかに記載のメサ型振動片。

このようなメサ部段差の高さにすると、Ｘ軸方向の素板の長さ（長辺）の実行長が短くなるのを防止でき、ＣＩ値が増大するのを防止できる。

［適用例５］前記メサ部の側面に階段状の段差部を設けて前記メサ部を多段にしてなり、多段にした前記メサ部の最下段における前記マウント電極側の側面を前記導電性接着剤が接合するマウント段差部としたことを特徴とする適用例１ないし４のいずれかに記載のメサ型振動片。

これによりメサ型振動片は、メサ部の最下段の第１メサ段に導電性接着剤が接合するので、先端側を保持器から離すことができ、また第１メサ段によって、この第１メサ段の上にある他のメサ段やメサ部の主面に導電性接着剤が流入するのを防止できる。

［適用例６］適用例１ないし５のいずれかに記載のメサ型振動片が搭載される保持器を有し、前記保持器の一方の面に保持器側マウント電極を設けて、前記保持器側マウント電極の上に前記導電性接着剤を設け、前記導電性接着剤の上に前記メサ型振動片を配設して、前記マウント電極および前記メサ部の側面と前記導電性接着剤とが接合した、ことを特徴とするメサ型振動デバイス。

これによりメサ型振動デバイスは、メサ型振動片の先端側を保持器から離すことができるので、落下特性や電源変動等の諸特性を向上でき、またメサ部の主面に導電性接着剤が流入するのを防止できる。

［適用例７］前記保持器側マウント電極および前記マウント電極を介して前記励振電極に導通し、前記励振電極に電気信号を印加して主振動を励起させる発振回路を前記保持器に設けたことを特徴とする適用例６に記載のメサ型振動デバイス。

これによりメサ型振動デバイスを発振器にすることができる。そして、この発振器は、落下特性等の諸特性が向上している。

［適用例８］保持器の一方の面に形成した保持器側マウント電極の上に導電性接着剤を塗布し、メサ部と、このメサ部よりも薄肉になっている薄肉部とが形成してあるメサ型振動片を前記導電性接着剤の上に配置して、前記薄肉部に形成したマウント電極と前記メサ部の側面とに導電性接着剤を接触させ、前記導電性接着剤を硬化・収縮させて、前記メサ型振動片の先端側を前記保持器の一方の面から離し、前記メサ型振動片と前記保持器を接合する、ことを特徴とするメサ型振動デバイスの製造方法。

これによりメサ型振動片の先端側を保持器から離すことができるので、メサ型振動デバイスは、落下特性や電源変動等の諸特性を向上でき、またメサ部の主面に導電性接着剤が流入するのを防止できる。

以下に、本発明に係るメサ型振動片、メサ型振動デバイスおよびメサ型振動デバイスの製造方法を提供する最良の実施形態について説明する。図１はメサ型振動片の説明図である。ここで図１（Ａ）はメサ型振動片の概略断面図、図１（Ｂ）はメサ型振動片と屈曲振動の関係を説明する図である。そして図１（Ｂ）に示す波線は、屈曲振動の振動様態を示している。

メサ型振動片１０は、メサ部１２と、これの周囲に一体にして設けた薄肉部１４とを形成した素板１６を有している。薄肉部１４は、メサ部１２よりも薄くなっており、メサ部１２の高さ方向の中央部分に設けてある。したがって素板１６は、両主面１２ａにメサ部１２となる凸部を設けたバイメサ構造になっている。この素板１６が圧電材料で形成されていると、メサ型振動片１０はメサ型圧電振動片と呼ばれることがある。また圧電材料が水晶であれば、メサ型振動片１０はメサ型水晶振動片と呼ばれることがある。

そしてメサ部１２の主面１２ａに励振電極２０が設けてあり、また薄肉部１４の縁部を構成するいずれか１辺の両端部にマウント電極２２を設けている。すなわちマウント電極２２は、メサ型振動片１０を片持ち状に支持するために、この支持される基端２６側の角部に設けてあり、薄肉部１４の側面１４ｂを介して一方および他方の主面１４ａに設けてある。これにより素板１６の表裏にかかわらず、後述する保持器にメサ型振動片１０を搭載することができる。このような励振電極２０とマウント電極２２は、素板１６の表面を引き回した接続電極（図示せず）によって１対１に導通している。

そしてマウント電極２２と、このマウント電極２２側にあるメサ部１２の側面１２ｂは、メサ型振動片１０を片持ち状にして前記保持器に搭載する際に用いられる導電性接着剤が接合する箇所になっている。したがってマウント電極２２に隣接しているメサ部１２の側面１２ｂはマウント段差部１８となり、メサ型振動片１０の先端２８側を前記保持器から離すと共に、前記導電性接着剤がメサ部１２の主面１２ａに流入するのを防止する役割を有する。

またメサ型振動片１０は、例えばＡＴカット水晶素板を用いると、主振動として厚みすべり振動を励振するが、この厚みすべり振動に結合した不要振動（屈曲振動）まで励振してしまう。このため本実施形態に係るメサ型振動片１０では、屈曲振動を抑圧するために、メサ部１２や薄肉部１４、励振電極２０の寸法を規定している。

ここで図１（Ｂ）に示すメサ型振動片１０において、ＡＴカット水晶素板を用いた場合は、素板１６の基端２６と先端２８とを結ぶ方向が水晶の結晶軸のＸ軸となり、素板１６の厚さ方向が水晶の結晶軸のＹ軸となっている。そしてメサ型振動片１０は屈曲振動を抑圧するために、Ｘ軸に沿って順に、基端２６側におけるメサ部１２の縁部Ａ、基端２６側における励振電極２０の縁部Ｂ、先端２８側における励振電極２０の縁部Ｃおよび先端２８側におけるメサ部１２の縁部Ｄを配置すると、各縁部Ａ〜Ｄの位置と屈曲振動の腹の位置が合うようになっている。

すなわち基端２６側におけるメサ部１２の縁部Ａの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、基端２６側における励振電極２０の縁部Ｂの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向になっている。また基端２６側における励振電極２０の縁部Ｂの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、先端２８側における励振電極２０の縁部Ｃの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向になっている。さらに先端２８側における励振電極２０の縁部Ｃの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、先端２８側におけるメサ部１２の縁部Ｄの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向になっている。以上のことを換言すると、屈曲振動の波長がλであれば、隣り合う前記縁部では、屈曲振動の腹がλ／２の奇数倍ずれることになる。

そしてＸ軸に沿う方向のメサ部１２の長さ（幅）をＭＬとすると、ＭＬとλは数式３に示す関係を満たすようになっている。

ここでｎは正の整数である。

またＸ軸に沿う方向の励振電極２０の長さ（幅）をＥｘとすると、ＭＬ、Ｅｘおよびλは数式４に示す関係を満たすようになっている。

またメサ部１２の厚さをｔとし、薄肉部１４の主面１４ａからメサ部１２の主面１２ａまでの高さ（メサ部段差の高さ）をΔＴとすると、メサ部段差の高さΔＴは、メサ部１２の厚さｔの３０％以下であり、且つ、１０％以上になっている。このようなメサ部段差の高さにすると、Ｘ軸方向の素板１６の長さ（長辺）の実行長が短くなるのを防止でき、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が増大するのを防止できる。また、このようなメサ部段差の高さにすると、メサ部１２に主振動を閉じ込める効果等を保つことができる。さらにメサ部段差によって、前記導電性接着剤がメサ部１２の主面１２ａに流れ込むのを防ぐことができる。

このようなメサ型振動片１０によれば、平面サイズを小型化できる。またメサ型振動片１０の寸法を規定しているので、不要振動である屈曲振動を抑圧でき、ＣＩ値を低減できる。なおメサ型振動片１０のマウント部の寸法Ｌ（図１（Ｂ）を参照）は、メサ型振動片１０のＸ軸方向の寸法にもよるが、例えば０．２〜０．４［ｍｍ］程度にすることができる。

そして、前述したメサ型振動片１０は、前記保持器に搭載してメサ型振動デバイスを構成することができる。図２はメサ型振動デバイスの一部を拡大した説明図である。メサ型振動デバイス３０は、メサ型振動片１０を搭載する前記保持器３２を有している。この保持器３２は、例えば、絶縁材料で形成した凹陥部を備えるパッケージベースであればよい。そして保持器側マウント電極３４が前記凹陥部の底面３２ａ（一方の面）に設けてあり、前記パッケージベースの外面に設けた外部端子（図示せず）と導通している。

このような保持器３２にメサ型振動片１０を搭載するには、保持器側マウント電極３４に前記導電性接着剤３６を塗布した後、この導電性接着剤３６の上にメサ型振動片１０を配設すればよい。このとき導電性接着剤３６は、メサ型振動片１０のマウント部分、すなわちマウント電極２２やマウント段差部１８に接合する。なお導電性接着剤３６は、硬化するときに、収縮するものであればよく、例えば導電性フィラーを含んだ樹脂の接着剤であればよい。より具体的には、導電性フィラーを含んだシリコーン系接着剤であればよい。そして導電性接着剤３６を加熱して硬化すると収縮するので、メサ型振動片１０の先端２８側が上に持ち上がる。導電性接着剤３６の硬化が終了すると、図２に示すように、メサ型振動片１０の先端２８側が基端２６側よりも持ち上がった状態で保持器３２に固着する。

このように保持器３２に配設したメサ型振動片１０は、保持器３２の上面に蓋体（図示せず）を接合することにより気密封止する。なおメサ型振動片１０は、斜めになった状態で固定されているが、その先端２８側が前記蓋体に接触することはない。

そしてメサ型振動デバイス３０は、メサ型振動片１０とともに発振回路を保持器３２に搭載すれば、メサ型振動片１０の発振器を構成することができる。またメサ型振動デバイス３０は、外部から供給される制御電圧の大きさに応じて、出力する信号の周波数を可変する電圧制御回路も保持器３２に搭載すれば、電圧制御型の発振器を構成することができる。さらにメサ型振動片１０は、周囲温度の変化にかかわらず、出力する信号の周波数の変化量を少なくする温度補償回路を保持器３２に搭載すれば、温度補償型の発振器を構成することができる。

このようなメサ型振動デバイス３０によれば、前述したメサ型振動片１０を用いることにより、このメサ型振動片１０の先端２８側を保持器３２から離すことができる。これによりメサ型振動デバイス３０の落下特性や電源変動等の諸特性を向上でき、またメサ部１２の主面１２ａに導電性接着剤３６が流入するのを防止できる。

またメサ型振動片１０のメサ部段差部を直接にマウントする部分として利用するので、メサ型振動片１０の平面サイズを最小限にでき、より小型化に適した形状となる。すなわち従来技術のように、メサ部１２とは別にマウント段差部１８を設けると、その分、素板１６の平面サイズが大きくなるが、本実施形態に係るメサ型振動片１０は、平面サイズを小型化できる。このためメサ型振動デバイス３０は、このようなメサ型振動片１０を用いているので、メサ型振動デバイス３０の平面サイズも小型化できる。

すなわち換言すると、前記凹陥部を備えたパッケージベース（キャビティ型のパッケージ）のサイズが同じであれば、メサ型振動片１０のメサ部１２の平面サイズを大きくできるので、ＣＩ値を小さくできる。またパッケージの平面サイズを小さくする場合には、メサ型振動片１０のメサ部１２の平面サイズを従来と同様に小さくしたまま、薄肉部１４がメサ部１２に寄る（薄肉部１４の平面サイズが小さくなる）ので、メサ型振動片１０の平面サイズが小さくでき、ひいてはメサ型振動デバイス３０の平面サイズも小さくできる。

なお前述したメサ型振動片１０は、メサ部１２が１段構造になっているが、本発明に係るメサ型振動片のメサ部は多段構造であってもよい。図３はメサ部を多段にしたメサ型振動片を備えたメサ型振動デバイスの一部を拡大した説明図である。なお図３では、メサ部を多段にした構成の一例として、２段構造のメサ部を備えたメサ型振動片を記載している。

このメサ型振動片５０は、メサ部５２のうち薄肉部５４に隣接した１番目（最下段）のメサ段（第１メサ段５２ａ）におけるマウント電極２２側の側面５２ｃをマウント段差部５６としている。また第１メサ段５２ａの上側に形成されているメサ段は、第２メサ段５２ｂとなっている。そして第１メサ段５２ａと第２メサ段５２ｂの各メサ部段差の高さΔＴは、メサ部５２の厚さｔの１０％以上３０％以下となっている。さらに長手方向のメサ部５２の長さＭＬおよびマウント部の長さＬは、前述したメサ部５２が１段のみの場合と同様になっていればよい。

このような多段になっているメサ部５２を備えたメサ型振動片５０は、導電性接着剤３６が第１メサ段５２ａに接合することによって、メサ型振動片５０の先端５８側を保持器３２から離すことができ、また導電性接着剤３６が第２メサ段５２ｂやメサ部５２の主面５２ｄに流入するのを防止できる。また、このメサ型振動片５０は、１段のみのメサ部１２を備えたメサ型振動片１０と同様の効果を奏することができる。

なお前述したメサ型振動片１０，５０はバイメサ構造であるが、本発明に係るメサ型振動片はプラノメサ構造であってもよい。このプラノメサ構造の場合のメサ部段差は、バイメサ構造のメサ部段差の２倍の高さを有していればよい。またプラノメサ構造のメサ型振動片を保持器３２に搭載する際には、メサ部を保持器３２に向けて搭載すればよい。

メサ型振動片の説明図である。 メサ型振動デバイスの一部を拡大した説明図である。 メサ部を多段にしたメサ型振動片を備えたメサ型振動デバイスの一部を拡大した説明図である。

符号の説明

１０…メサ型振動片、１２…メサ部、１２ａ…主面、１２ｂ…側面、１４…薄肉部、１６…素板、１８…マウント段差部、２０…励振電極、２２…マウント電極、２６…基端、２８…先端、３０…メサ型振動デバイス、３２…保持器、３６…導電性接着剤、５０…メサ型振動片、５２…メサ部、５２ａ…第１メサ段、５２ｂ…第２メサ段、５６…マウント段差部。

Claims (8)

1. 励振電極を主面に備えたメサ部と、
   前記メサ部よりも薄くして、前記メサ部と一体にして側方に設けた薄肉部と、を備え、
   前記薄肉部の縁部を構成するいずれか１辺を基端側とし、
   前記基端側には、前記励振電極に導通したマウント電極を設け、
   前記マウント電極側にある前記メサ部の側面は、導電性接着剤が接合するマウント段差部とした、
   ことを特徴とするメサ型振動片。
2. 前記メサ部の縁部と前記励振電極の縁部とが不要振動である屈曲振動の腹の位置にあり、前記屈曲振動の波長をλとすると、隣り合う縁部同士では、前記屈曲振動の腹がλ／２の奇数倍ずれていることを特徴とする請求項１に記載のメサ型振動片。
3. 前記メサ部および前記薄肉部は、水晶を用いて一体に形成されており、水晶の結晶軸のＸ軸に沿った前記メサ部の長さをＭＬ、Ｘ軸方向に生じる不要振動である屈曲振動の波長をλとすると、ＭＬとλは、
   

   

   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のメサ型振動片。
4. 前記メサ部の厚さをｔとし、前記薄肉部の主面から前記メサ部の主面までのメサ部段差の高さをΔＴとすると、メサ部段差の高さΔＴは、前記メサ部の厚さｔの１０％〜３０％の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメサ型振動片。
5. 前記メサ部の側面に階段状の段差部を設けて前記メサ部を多段にしてなり、多段にした前記メサ部の最下段における前記マウント電極側の側面を前記導電性接着剤が接合するマウント段差部としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメサ型振動片。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のメサ型振動片が搭載される保持器を有し、
   前記保持器の一方の面に保持器側マウント電極を設けて、前記保持器側マウント電極の上に前記導電性接着剤を設け、
   前記導電性接着剤の上に前記メサ型振動片を配設して、前記マウント電極および前記メサ部の側面と前記導電性接着剤とが接合した、
   ことを特徴とするメサ型振動デバイス。
7. 前記保持器側マウント電極および前記マウント電極を介して前記励振電極に導通し、前記励振電極に電気信号を印加して主振動を励起させる発振回路を前記保持器に設けたことを特徴とする請求項６に記載のメサ型振動デバイス。
8. 保持器の一方の面に形成した保持器側マウント電極の上に導電性接着剤を塗布し、
   メサ部と、このメサ部よりも薄肉になっている薄肉部とが形成してあるメサ型振動片を前記導電性接着剤の上に配置して、前記薄肉部に形成したマウント電極と前記メサ部の側面とに導電性接着剤を接触させ、
   前記導電性接着剤を硬化・収縮させて、前記メサ型振動片の先端側を前記保持器の一方の面から離し、前記メサ型振動片と前記保持器を接合する、
   ことを特徴とするメサ型振動デバイスの製造方法。

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