JP2012010128A - 圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶振動片10は、基部11と、基部11から延びる一対の振動腕12と、基部11に接続された保持部13と、を備え、保持部13が、振動腕12aの一方の側に沿って延びる第1腕部13aと、振動腕12bの他方の側に沿って延び、第1腕部13aより短い第2腕部13bと、を有し、第1腕部13aの先端側及び根元側と第2腕部13bとに、パッケージベース21の内底面24に支持される支持部13c,13d,13eが設けられ、平面視において、各支持部13c,13d,13eの外周を結んだ領域内に、水晶振動片10の重心Gが位置し、第1腕部13aの根元から第1腕部13aの根元側の支持部13dまでの距離L1が、第2腕部13bの根元から第2腕部13bの支持部13eまでの距離L2より長い。
【選択図】図1
Description
そして、圧電振動片は、圧電振動片が収容されるパッケージの内底面に、保持部における長辺部の先端側と短辺部とに設けられた支持部を接合することによって、パッケージの内底面との平行度を保ちながら、パッケージに実装されることが可能とされている。
そうすると、上記圧電振動片は、平面視において、非対称形状である保持部の各支持部を結んだ領域内に圧電振動片の重心が位置しない場合、自重によって重心側に傾く力が発生することから、パッケージの内底面との平行度を保った状態で、パッケージに実装されることが困難になる虞がある。
加えて、圧電デバイスは、圧電振動片が傾斜しやすいことから、圧電振動片をパッケージに接合する際の生産性(歩留まり)が低くなる虞がある。
この結果、圧電振動片は、外部部材に支持される際に、自重による傾斜が回避されることから、外部部材の支持面との平行度を保った状態で、外部部材に接合されることが可能となる。
振動腕に溝部と錘部とを有する圧電振動片は、重心が振動腕の先端寄りに位置する傾向があることから、外部部材の支持面との平行度を保った状態で、外部部材に接合されるためには、上記構成とすることが極めて有効である。
これにより、圧電振動片は、振動腕の通常振動時や外部からの衝撃時などに、第1腕部と第2腕部との共振が発生し難くなることから、例えば、周波数安定性などの振動特性の向上を図ることができる。
この結果、圧電デバイスは、両者の隙間を広めに設定する必要がないことから、総厚の薄型化を図ることができる。
加えて、圧電デバイスは、圧電振動片をパッケージの支持面に平行に保持できることから、圧電振動片をパッケージに接合する際の生産性を向上させることができる。
このことから、圧電デバイスは、落下などの衝撃時における振動腕の錘部に加わる衝撃力が、一方の側では第1腕部の先端部の撓みによって緩和され、他方の側ではパッケージの緩衝部との面接触によって分散され、錘部(振動腕)の損傷を低減することができる。
図1は、本実施形態の圧電デバイスとしての水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図1(a)は、リッド(蓋体)側から俯瞰した平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A線での断面図、図1(c)は、図1(a)のB−B線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。
水晶振動片10は、水晶の原石などから所定の角度で切り出されたウエハー状の水晶基板を基材とし、外形形状がフォトリソグラフィ技術を用いたウエットエッチングなどによって形成されている。
水晶振動片10は、基部11と、基部11の一端から互いに略並行に延びる一対の振動腕12と、基部11の一端側に対して一対の振動腕12の延びる方向において反対側になる他端側に接続された保持部13と、を一体化して備えている。
水晶振動片10の一対の振動腕12は、基部11側に位置する腕部15と、腕部15より先端側に位置し、腕部15より幅が広い錘部16と、両主面(水晶の原石などから切り出された面に沿った面)17,18の少なくとも一方(ここでは、両方)に振動腕12の延びる方向(長手方向)に沿って形成され、一対の振動腕12の長手方向と直交する面に沿って切断した断面形状が略H字状となる溝部19と、を有している。
なお、一対の振動腕12を個々に説明する必要がある場合には、一方(紙面上側)を振動腕12aとし、他方(紙面下側)を振動腕12bとする。
詳述すると、保持部13には、第1腕部13aの先端寄りで、振動腕12aの腕部15と錘部16との接続部近傍に支持部13cが設けられ、第1腕部13aの根元寄りの位置に支持部13dが設けられ、第2腕部13bの先端部に支持部13eが設けられている。
なお、第1腕部13a及び第2腕部13bの各支持部13c,13d,13eが設けられている部分は、十分な支持面積を確保するために根元側の部分より幅広く形成されている。
そして、水晶振動片10は、第1腕部13aの根元から第1腕部13aの根元側の支持部13dまでの距離L1が、第2腕部13bの根元から第2腕部13bの支持部13eまでの距離L2より長くなるように構成されている。
パッケージベース21には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。
リッド22には、コバール、42アロイ、ステンレス鋼などの金属、またはガラス、セラミックなどが用いられている。
接合材23には、リッド22が金属の場合、コバールなどからなるシームリング、銀ろう、はんだ、金/錫合金などのろう材が用いられ、リッド22がガラス、セラミックなどの場合、低融点ガラス、接着剤などが用いられている。
詳述すると、内底面24には、水晶振動片10の支持部13cに対向する位置に内部電極24cが形成され、支持部13dに対向する位置に内部電極24dが形成され、支持部13eに対向する位置に内部電極24eが形成されている。
なお、各内部電極24c,24d,24eの平面形状は、円形、楕円形、矩形、多角形など特に限定されない。また、内部電極24cと24dとの間がパッケージベース21の内底面24の表面に配線された導体によって連結されて一体となった構成の電極になっていても構わない。
一対の外部端子26は、図示しない内部配線によって一方が内部電極24dと接続され、他方が内部電極24eと接続されている。
なお、内部電極24cは、外部端子26と接続されていなくてもよい。
なお、各内部電極24c,24d,24e、一対の外部端子26は、タングステンなどのメタライズ層にニッケル、金などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
緩衝部21aは、平面視において、振動腕12bの錘部16との間隔が、振動腕12bの先端に向かうに連れて広くなるように形成されている。換言すれば、緩衝部21aにおける錘部16に対向する外形線は、紙面において、錘部16の水平な外形線に対して右下がりに傾斜している。
そして、水晶振動子1は、緩衝部21aと振動腕12bの錘部16との間隔W2が、他方の側(紙面下側)へ錘部16が所定の変位量を超えて変位したときに、錘部16の側面が緩衝部21aの側面と接触する距離に設定されている。
また、緩衝部21aは、錘部16との面接触の際に、錘部16の先端部が損傷しないように、錘部16の先端部より腕部15寄りの位置で、錘部16からパッケージベース21の内壁側に遠ざかるように形成されていることが好ましい。
なお、第1腕部13aの先端部13fの錘部16側の角部は、錘部16との接触時の損傷を回避し易くする上で、円弧状に丸められていることが好ましい。
封止部27は、パッケージベース21に形成された貫通孔(外底面25側の孔径が内底面24側の孔径より大きい段付き貫通孔)28に、金/ゲルマニウム合金、はんだなどからなる球状の封止材29を投入し、加熱溶融後、硬化させることでパッケージ20の内部を気密に封止する構成となっている。
これにより、水晶振動片10は、図示しない励振電極が内部電極24d,24eを介して外部端子26と電気的に接続されている。
この場合には、内部電極24cの厚さを導電性接着剤30の厚さ分を考慮して補正し(厚くして)、水晶振動片10の接合時の傾斜を回避する構成としてもよい。
また、内部電極24cと内部電極24dとの間は、導電性接着剤30の流出などにより繋がっても構わない。
また、上述のように内部電極24cと内部電極24dとが一体となった構成の電極上の2箇所に導電性接着剤30を塗布して水晶振動片10を固定してもよく、その2箇所に塗布した導電性接着剤30が塗布後に流れ出して互いに結合しても構わない。
換言すれば、水晶振動片10は、支持部13cと支持部13dとの間を跨るように塗布された導電性接着剤30を介してパッケージベース21と固定されても構わない。
なお、平面視において、パッケージベース21の内壁の各コーナーが円弧状に形成されたもの(コーナーアール部)であれば、コーナーアール部に対向する水晶振動片10の各角部は、円弧状に丸められていることが好ましい。
すなわち、水晶振動子1は、例えば、耐応力性能の向上を考慮してパッケージベース21の内壁の各コーナーを円弧状にすると、コーナーが90°の形状のものと比較してコーナー部分が水晶振動片10へ近い位置となる。
これに対して、水晶振動子1は、水晶振動片10の角部が90°以下の鋭角であるものと比較して円弧状に形成されているものの方が、パッケージベース21の内壁のコーナーと水晶振動片10の角部との距離を遠ざけることができる。
従って、水晶振動子1は、パッケージベース21の内壁の各コーナーと水晶振動片10の角部とが共に円弧状であれば、パッケージ20へ水晶振動片10を搭載する際に、その搭載位置に多少のずれが生じたとしても、水晶振動片10とパッケージ20との接触を起こり難くすることができる。
この際、水晶振動子1は、パッケージ20の内部が減圧された状態(真空度の高い状態)であることから、減圧されない場合と比較して水晶振動片10の屈曲振動が阻害され難くなっており、安定した屈曲振動を得ることが可能となっている。
この結果、水晶振動片10は、パッケージ20に支持される際に、自重による傾斜が回避されることから、パッケージ20の支持面であるパッケージベース21の内底面24との平行度を保った状態で、パッケージ20に接合されることが可能となる。
これにより、水晶振動子1は、水晶振動片10とパッケージベース21の内底面24との隙間L3(図1(b)参照)を、自重による傾斜が発生しやすい従来構成(重心Gが各支持部13c,13d,13eの外周を結んだ領域外に位置している構成)より少なく設定することが可能なことから、総厚の薄型化を図ることができる。
加えて、水晶振動子1は、水晶振動片10をパッケージベース21の内底面24に平行に保持できることから、水晶振動片10をパッケージ20に接合する際の生産性を向上させることができる。
これにより、水晶振動片10は、振動腕12の通常振動時や、落下などの外部からの衝撃時などに、第1腕部13aと第2腕部13bとの共振が発生し難くなることから、例えば、周波数安定性などの振動特性の向上を図ることができる。
また、距離L1が距離L2より長いことから、水晶振動子1は、水晶振動片10の第1腕部13aの根元側の支持部13dを導電性接着剤30でパッケージ20に接合する際の、導電性接着剤30の基部11への付着を、第2腕部13bの支持部13eをパッケージ20に接合する際より低減できる。
このことから、水晶振動子1は、落下などの衝撃時における振動腕12の錘部16に加わる衝撃力が、振動腕12aの一方の側では第1腕部13aの先端部13fの撓みによって緩和され、振動腕12bの他方の側ではパッケージベース21の緩衝部21aとの面接触によって分散され、錘部16(振動腕12)の損傷を低減することができる。
なお、水晶振動片10は、溝部19を有する腕部15より錘部16の方が高強度であることから、錘部16が第1腕部13a及び緩衝部21aに接触する構成となっている。
この結果、水晶振動子1は、封止部27の配置に起因する平面サイズの拡大を抑制できる。
加えて、水晶振動子1は、水晶振動片10が個片化される前のウエハー状態の段階においても、上記の構成により搬送時などにおける水晶振動片10の損傷を低減できる。
この結果、水晶振動子1は、水晶振動片10のQ値を維持しながら、更なる小型化を図ることが可能となる。
しかしながら、水晶振動片10は、振動腕12に溝部19を有することにより、屈曲振動における歪みによって発生する熱勾配の平衡化(熱伝導)を遅延させることが可能なことから、熱弾性損失(屈曲振動する振動片の圧縮部と伸張部との間で発生する熱伝導により生じる振動エネルギーの損失)を抑制できる。
なお、水晶振動片10は、パッケージベース21の内壁の各コーナーアール部に対向する各角部が、丸められていなくてもよい。
(変形例1)
図2は、変形例1の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図2(a)は、リッド側から俯瞰した平面図、図2(b)は、図2(a)のD−D線での断面図であり、図2(c)は、図2(a)のE−E線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。また、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。
換言すれば、水晶振動子2は、水晶振動片110の一対の振動腕12が、振動腕12aと第1腕部113aとの間隔W3が、振動腕12bと第2腕部13bとの間隔W4より狭くなるように配置されている。
この数値は、発明者らの実験結果及びシミュレーションによる解析結果などから得た知見に基づき導出されている。
なお、水晶振動片110のサイズは、一例として全長が約1.5mm、全幅(W5)が約0.6mmである。
詳述すれば、第1腕部113aは、先端部113fが振動腕12aの腕部15と錘部16との接続部近傍に位置する長さに形成されている。
そして、第1腕部113aの先端側の支持部113cは、先端部113fに設けられている。
なお、オフセット量OSが少なく、第1腕部113aと振動腕12aの錘部16との干渉が回避可能な場合には、第1腕部113aの長さの変更は不要である。
なお、上記構成は、以下の変形例2にも適用可能である。
図3は、変形例2の水晶振動子の概略構成を示す模式平面図である。なお、図3では、便宜的にリッドを省略してある。また、上記実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。
なお、第1腕部213aの支持部213cから先(先端部13f側)の部分は、細いままでもよい。
この結果、水晶振動子3は、水晶振動片210の各支持部213c,213d,13eの外周を結んだ領域内に水晶振動片210の重心Gを位置させることが容易となる。
これにより、水晶振動子3は、パッケージベース21の各内部電極24c,24d,24eで、水晶振動片210を、より確実に支持することができる。
なお、上記構成は、変形例1にも適用可能である。
また、上記実施形態及び各変形例では、水晶振動片(10など)の振動腕12の数を2本としたが、これに限定するものではなく、1本、または3本以上でもよい。
Claims (6)
- 基部と、
前記基部から延びる少なくとも1本の振動腕と、
前記基部に接続された保持部と、を備えた圧電振動片であって、
前記基部は、前記振動腕の延びる方向に対して交差する方向に切り欠かれた切り欠き部を有し、
前記振動腕は、前記基部側に位置する腕部と、前記腕部より先端側に位置し前記腕部より幅が広い錘部と、両主面の少なくとも一方に前記振動腕の延びる方向に沿って形成された溝部と、を有し、
前記保持部は、前記振動腕の一方の側に沿って延びる第1腕部と、前記振動腕の他方の側に沿って延び、前記第1腕部より短い第2腕部と、を有し、
前記第1腕部の先端側及び根元側と前記第2腕部とに、外部部材に支持される支持部が設けられ、平面視において、前記各支持部を結んだ領域内に前記圧電振動片の重心が位置し、
前記第1腕部の根元から前記第1腕部の根元側の前記支持部までの距離が、前記第2腕部の根元から前記第2腕部の前記支持部までの距離より長いことを特徴とする圧電振動片。 - 請求項1に記載の圧電振動片において、前記振動腕は、前記保持部の前記第1腕部と前記第2腕部との中間より、前記第1腕部寄りに配置されていることを特徴とする圧電振動片。
- 請求項1または請求項2に記載の圧電振動片において、前記保持部における前記第1腕部の前記各支持部を含む部分の幅が、前記第2腕部の前記支持部を含む部分の幅より広いことを特徴とする圧電振動片。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の圧電振動片において、前記振動腕を複数本備え、前記複数本の振動腕と、前記基部とを含んで音叉を構成することを特徴とする圧電振動片。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備え、
前記圧電振動片の前記支持部が、前記パッケージに支持されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項5に記載の圧電デバイスにおいて、前記振動腕の前記錘部が、平面視において、所定の変位量を超えた変位時に、前記一方の側では前記第1腕部の先端部と接触し、前記他方の側では、前記パッケージの内壁から前記振動腕側へ突出して形成された緩衝部と面接触するように、前記錘部と前記第1腕部及び前記緩衝部との間隔が設定されていることを特徴とする圧電デバイス。
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