JP3978783B2 - 圧電デバイスと圧電デバイスを利用した携帯電話装置および圧電デバイスを利用した電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電デバイスの改良、および改良された圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図７は、このような圧電デバイスの構成例を示す概略断面図である（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２の内部に、圧電振動片３を収容している。パッケージ２はこの場合、絶縁材料を浅い箱状に形成したもので、内部に圧電振動片３を収容固定した後で、蓋体４により封止されるようになっている。
【０００３】
パッケージ２は、セラミックのグリーンシートでなる複数の基板２ａ，２ｂ，２ｃを成形して積層し、焼結することにより形成されており、基板２ｃの内側には、成形時に材料を除去して形成した孔を設けることにより、図示するように圧電振動片３を収容する空間Ｓ１を形成している。
【０００４】
圧電振動片３は、例えば水晶をエッチングすることにより、一端を基部として、この基部から一方に平行に延びる一対の振動腕を備える所謂音叉型振動片で構成されており、表面には図示しない駆動用の励振電極が形成されている。
この圧電振動片３は、基部３ａの箇所がパッケージ２の内部空間Ｓ１で、パッケージ側に接合されて、片持ち式に支持されている。
【０００５】
具体的には、パッケージ２の基板２ａの表面にパッケージ底面に設けた実装電極部（図示せず）と接続された電極部５が形成されており、この電極部５と圧電振動片３の基部３ａが導電性接着剤６により接合されている。
さらに、この圧電デバイス１においては、パッケージ２の内側の圧電振動片３の先端部３ｂの直下の領域に、基板２ｂの対応領域の材料を除去することで凹部７を設けている。これにより、圧電デバイス１が外部からＺ方向の衝撃を受けた場合に、圧電振動片３の先端部３ｂが矢印Ｄの方向に振れて、パッケージ２の内側底面に衝突して破損することを回避するようにされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３５９５３５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成の圧電デバイス１には、いくつかの問題がある。すなわち、圧電振動片３をその一端部である基部３ａの箇所で接合し、片持ち式に支持しているので、外部からＺ方向の衝撃を受けた場合に、圧電振動片３の先端部３ｂのＺ方向の変位量が大きい。このため、衝撃の際に圧電振動片３の先端３ｂの破損を防止するために、パッケージ２内に凹部７を設ける必要から、パッケージ２の全体の厚み方向の大きさｈを小さくする上で制約があり、製品の低背化を図る上で不利である。
特に、圧電振動片３が導電性接着剤６を用いた片持ち支持構造であると、その接合の際に導電性接着剤６が硬化する過程で、導電性接着剤６の収縮により、圧電振動片３の先端部３ｂが下方を向くようにして、傾斜して固定される場合があり、このような点からも上述した凹部７を設ける必要性がより高くなる。
【０００８】
また、圧電振動片３とパッケージ２との接合箇所である基部３ａと圧電振動片３の先端部３ｂとの距離が大きいので、圧電デバイス１の外部からの衝撃の際に、曲げモーメントが大きくなり、基部３ａにおける接合構造へのダメージが大きい。
【０００９】
さらに、パッケージ２に対する接合部である基部３ａと励振される振動部とが近い位置にあることから、圧電振動片３の振動側から基部３ａに振動が漏れ込みやすく、パッケージ２側に振動が伝播してしまい、発振性能に悪影響を与えてしまう。
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、圧電デバイスの低背化に有利で、外部からの衝撃の際に圧電振動片の接合箇所への負担が少ないことから破損しにくく、発振周波数の変化を生じにくい圧電デバイス、およびこの圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスであって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、 前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした、圧電デバイスにより、達成される。
第１の発明の構成によれば、パッケージ内に収容される圧電振動片が、振動腕とは異なる固定用腕について、圧電振動片の重心の近傍の箇所にて、接合されるようにしたので、従来のように、端部で接合した片持ち式の支持構造と比べて、振動腕の曲げモーメントを接合箇所の両側に分散することができる。
このため、外部からの衝撃の際に、振動腕の先端の変位量を小さくすることができ、パッケージの内側へ衝突して破損することを有効に防止できる。また、振動腕と接合箇所が離れることで振動腕から接合箇所を介してパッケージ側への振動の漏れ込みを小さくすることができる。さらに、外部からの衝撃の際に接合箇所へ働く曲げモーメントを小さくすることができることから、パッケージと圧電振動片との接合箇所が破損することを有効に防止できる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記複数の固定用腕は、前記複数の振動腕の両外側に配置される同じ長さの一対のアームであることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、１対のアームが互いに同一の形態となり、幅方向の中心を通る仮想の中心線に関して対称の構造となるので、各固定アームをパッケージと接合することで、複数の接合箇所をもつため接合構造が強化され、かつバランスよく固定することができる。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記複数の固定用腕が、前記複数の振動腕よりも短く形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、接合に使用される固定用腕が極端に大きな重量増加を招くことがなく、長さ方向のサイズも拡大しないですむ。
【００１５】
第４の発明は、第１ないし３の発明のいずれかの構成において、前記基部から、前記複数の振動腕と前記固定用腕とが同じ一方向に延びており、さらに前記基部から、前記一方向と反対の方向に延びるバランス部を備えていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記振動腕の延びる方向と反対の方向に延びる前記バランス部を備えることで、前記重心の近傍の接合位置が、前記基部側に移動し、応力の分散のバランスをとりやすくなる。さらに、より振動腕の長さの短い圧電振動片においては、適正な位置で固定することが可能となる。すなわち、振動腕の短い圧電振動片では、バランス部がないと、重心位置が先端部側に寄ってしまうので、これをより基部側に寄せることで、好適なバランスを得ることができる。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記バランス部は、前記基部に対して一体に結合された細幅のネック部と、このネック部より先端側で拡幅されたヘッド部とを備えていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、前記ネック部を設けたことにより変形しやすい箇所を作ることで、前記バランス部は、前記接合箇所を挟んで、前記振動腕の撓み変形と対称的に変形しやすくなり、外部からの衝撃がより適切に分散されることで変位量をより小さくすることができる。
【００１７】
第６の発明は、第１ないし５の発明のいずれかの構成において、前記圧電振動片の前記固定用腕が、前記パッケージの内側底面に設けた電極部に対して、金属バンプにより接合されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、金属バンプを利用して圧電振動片を接合することにより、圧電振動片を水平に保持する接合構造を実現でき、導通性能も確実となる。
【００１８】
また、上述の目的は、第７の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００１９】
また、上述の目的は、第８の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、基体であるパッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、上部が開口しており、蓋体３９により封止されている。パッケージ３６は、その少なくとも一部が、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。
【００２１】
すなわち、この実施形態では、パッケージ３６が第１の基板６１と第２の基板６２を順次積層して形成されており、第２の基板６２の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓ２のスペースを形成している。この内部空間Ｓ２が圧電振動片を収容するための収容空間である。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ３６を形成して、圧電振動片３２を収容するようにしているが、例えば、第１の基板６１を基体として、これに圧電振動片３２を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としたパッケージ（収容容器）を用いてもよい。
【００２２】
図１及び図２において、基体であるパッケージ３６の内部空間Ｓ２内の端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第１の基板６１には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この実施形態では、電極部３１，３１は、第１の基板６１の幅方向の両端部付近で、長さ方向の中央付近に設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。具体的には、例えば、第１の基板６１の底面に実装電極部（図示せず）を形成し、この実装電極部と電極部３１，３１を、第１の基板６１の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等で接続することができる。
【００２３】
この各電極部３１，３１の上に金属バンプ４３，４３が予め配置され、その上から圧電振動片３２を接合するようになっている。金属バンプ４３としては、例えば金バンプが使用される。図１及び図２では、接合位置を明らかにするために、金属バンプ４３の大きさを実際よりも大きく示している。
ここで、このような金属バンプ４３，４３の形成方法は、メッキ法やスタッドバンプ形成法が利用される。すなわち、メッキ法は電極部３１上に金属バンプを形成するための金属材料としての金または金合金を形成した後でリフローし、半球状のバンプを形成する。あるいは蒸着やペースト印刷により形成してもよい。
【００２４】
また、メッキ法に限らず、ボールバンプもしくはスタッドバンプにより形成してもよい。すなわち、金ワイヤをキャピラリから露出させた先端に、電気トーチや水素トーチ等で加熱溶融させてボールを形成する。そして、電極部３１上に移動させて、熱併用超音波圧着して形成することができる。
圧電振動片３２は、その後述する固定用腕を、金属バンプ４３，４３に圧接、あるいは加熱加圧、もしくは超音波併用加熱圧接することにより接合されている。
【００２５】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
圧電振動片３２は、基部５１と、この基部５１から図１において左方に平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えている。また、基部５１は、Ｘ方向である幅方向に広がりを有する帯状の形態であり、上述した一対の振動腕３４，３５の各外側にひとつづつ設けられ、一対の振動腕３４，３５と同じ方向に互いに平行に延びる一対の固定用腕３７，３８を備えている。
すなわち、一対の振動腕３４，３５と固定用腕３７，３８は、基部５１を基端として、基部５１からＹ方向である同じ方向に延びるように一体に形成されており、この実施形態では、固定用腕３７，３８は互いに同じ長さで、振動腕３４，３５よりも短くなるようにされている。
これにより、圧電振動片３２は、図１の圧電デバイス３０の長さ方向に延びる仮想の中心線Ｃに関して、対称の形状とされている。
【００２６】
図１において、基部５１を挟んで、各振動腕３４，３５及び固定用腕３７，３８が形成されている側とは反対側に、バランス部４２が一体に形成されている。バランス部４２は、圧電振動片３２の接合箇所を挟んで、長さ方向の両端部の変位に関する挙動のバランスを図るために設けられるものである。このバランス部４２は、基部５１から、図１において右方に位置し、幅寸法を小さくすることで形成された、切欠き部もしくは凹部であるネック部５４と、ネック部５４よりも先端側で、幅寸法を拡大して形成したヘッド部４６とを備えている。
【００２７】
また、圧電振動片３２の少なくとも各振動腕３４，３５には、励振電極４４，４５が形成されている。励振電極４４，４５は、例えば、下地としてクロムをメッキし、その上に金をメッキすることにより形成されている。励振電極４４，４５は互いに異極となるように分極されており、励振電極４４は、振動腕３４の先端側の主面（表裏面）と両側面、及び振動腕３５の基端側の主面、ならびに基部５１を回り込んで、固定用腕３７の主面に引き回されている。励振電極４４が延長されて、固定用腕３７の主面に引き回された部分は導出電極４４ａとされている。励振電極４５は、振動腕３５の先端側の主面（表裏面）と両側面、及び振動腕３４の基端側の主面、ならびに基部５１を回り込んで、固定用腕３８の主面にに引き回されている。励振電極４５が延長されて、固定用腕３８の主面に引き回された部分は導出電極４５ａとされている。
【００２８】
そして、振動腕３４と振動腕３５の間の股部５３で、各振動腕３４と振動腕３５の内側側面の励振電極４４と励振電極４５とが分離されている。固定用腕３７，３８に引き回された各導出電極４４ａ，４５ａは、接合用の電極として機能する。
これにより、外部からパッケージ３６の電極部３１，３１を介して、励振電極４４，４５に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕３４，３５内で電界が適切に形成され、振動腕３４，３５の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動するようになっている。
【００２９】
パッケージ３６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材４８を介して蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、コバール等の金属で形成したり、透明なガラス材料で形成することができる。透明な材料を選択する場合には、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを圧電振動片３２の金属被覆部もしくは励振電極の一部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うことができる。この場合、蓋体３９としては、例えば、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００３０】
次に、圧電振動片３２の接合構造について説明する。
圧電振動片３２は、従来のような片持ち支持構造ではなく、図１および図２に示すように、各固定用腕３７，３８をそれぞれパッケージ３６側の電極部３１，３１に接合することにより接合固定されている。
具体的には、図１のパッケージ３６の内側底面において、電極部３１，３１は、理想的には、接合される圧電振動片３２を位置決めした際のこの圧電振動片３２の重心ＧＰから、幅方向であるＸ方向に延びる仮想の直線ＧＰ１上に形成され、その上に上述した金属バンプ４３，４３を設けて、圧電振動片３２の各固定用腕３７，３８と接合するようにされている。
【００３１】
あるいは、この接合箇所は、圧電振動片３２の全長Ｌ１の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合してもよい。
また、この接合箇所は、圧電振動片３２の各振動腕３４，３５の全長Ｌ２の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合することができ、もしくは、この接合箇所は、圧電振動片３２の固定用腕３７，３８の全長Ｌ３の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合することができる。この場合、Ｚ軸変位のバランスをシンメトリーに分散させるため、バランス部４２の寸法の調整する。
尚、接合手段としては、金属バンプだでけでなく、接合状態において、圧電振動片３２が水平状態からある程度の姿勢変化を許容する場合等においては、導電性接着剤を使用してもよい。この場合、従来と異なり、本実施形態の圧電振動片３２は、片持ち支持構造ではないから、傾斜して接合されても、各振動腕３４，３５の先端部が、従来ほどパッケージ３６の内側底面に接近することがない。
【００３２】
本実施形態は以上のように構成されており、パッケージ３６内に収容される圧電振動片３２が、振動腕３４，３５とは異なる固定用腕３７，３８について、圧電振動片３２の重心の近傍の箇所にて、接合されるようにしている。このため、接合箇所が圧電振動片３２の重心ＧＰの近傍に位置することになり、従来のように、端部で接合した片持ち式の支持構造と比べて、振動腕の曲げモーメントを接合箇所の両側に分散することができる。
すなわち、圧電デバイス３０に外部から衝撃が加えられた場合においては、図２に示す圧電振動片３２の両端部Ｅ１とＥ２は、その中間位置にある接合箇所Ｂを中心として、各矢印に示すように、Ｚ方向に対称的に変位することになる。このように、衝撃を分散することで、圧電振動片３２の両端部Ｅ１とＥ２の変位量を、従来の片持ち支持の圧電振動片の先端部の変位量よりも小さくすることができ、パッケージの内側へ衝突して破損することを有効に防止できる。
【００３３】
さらに、両端部Ｅ１とＥ２の変位により、金属バンプ４３による接合部への曲げモーメントは、片持ち支持による接合箇所Ｂへの曲げモーメントと比べて小さいので、接合箇所Ｂに加わる応力が小さくなり、その分破損しにくくなる。このため、圧電デバイス３０の信頼性が向上する。
また、振動腕３４，３５と接合箇所Ｂが離れていることから、振動腕３４，３５から接合箇所を介してパッケージ側への振動の漏れ込みを小さくすることができ、このため発振周波数が変化してしまうことや、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の上昇を効果的に抑制できる。
【００３４】
図３及び図４は、図７で説明した圧電デバイス１に対応するものをＳＡ１、本実施形態の圧電デバイス３０に対応するものをＳＡ２として示す図である。
このうち、図３は、外部から衝撃を受けた場合の先端部の変位量を比較した比較線を示している。図において、比較線Ｔ１はＳＡ１とＳＡ２について、銀ペーストを利用した導電性接着剤で接合した場合を示し、比較線Ｔ２はＳＡ１とＳＡ２について、金属バンプで接合した場合を示している。また、図４は、振動漏れによる発振周波数の変化量を比較した図であり、比較線Ｔ３はＳＡ１とＳＡ２について、銀ペーストを利用した導電性接着剤で接合した場合を示し、比較線Ｔ４はＳＡ１とＳＡ２について、金属バンプで接合した場合を示している。
【００３５】
図３では、衝撃条件として４３０００Ｇ（１５００ｍｍの高さから１００グラムの物体を自由落下させた衝撃と同等）に設定して試験した結果である。図３に示すように、図２の接合箇所Ｂを金属バンプ４３ではなく、導電性接着剤で接合した場合のＴ１では、圧電振動片の振動腕の先端部の変位量はＳＡ１（従来構造）とＳＡ２（本実施形態）では大きな差が見られることから、本実施形態の衝撃緩和性能の高さを示している。また、金属バンプによる接合では、大きな差は見られないが、本実施形態の方が有利である結果が得られた。
図４では、金属バンプで接合した場合も、導電性接着剤で接合した場合においても、ともに発振周波数の変化が顕著に抑制される結果が得られた。
【００３６】
図５は、圧電振動片３２の変形例とパッケージへの接合箇所との関係を示す概略平面図であり、図５（ａ）は図１及び図２で説明した圧電振動片３２とその接合箇所としての仮想線ＧＰ１を示し、図５（ｂ）はバランス部４２を備えない形態の圧電振動片３２−１を仮想線ＧＰ１の位置でパッケージに接合した状態を示し、図５（ｃ）は上記圧電振動片３２−１を仮想線ＧＰ１とは相違する圧電振動片３２−１の重心位置ＧＰ２と対応した箇所でパッケージに接合した状態を示している。
【００３７】
これらの各形態について、圧電デバイスの外部から衝撃を加えた場合（その条件は図３と同じ）において、先端部の変位量を調べると、先ず、従来の圧電デバイス１の図７に示す変位量Ｍ１は、０．５ｍｍ程度である。これに対して、図５（ａ）の構成では、図２のＭ２に示す変位量がほぼ０．１８ｍｍ程度、図５（ｂ）の構成では、変位量がほぼ０．２３ｍｍ程度、図５（ｃ）の構成でも、変位量がほぼ０．２３ｍｍ程度であった。
【００３８】
これらの結果から、図５（ａ）の圧電振動片３２では、基部５１とは別に、基部５１の各振動腕３４，３５を設けた側とは反対の端部に、バランス部４２を備えているので、各振動腕３４，３５の先端部の変位量が最も少なく、最も優位性が高い。特に、バランス部４２が比較的質量のあるヘッド部４６を幅の狭められたネック部５４で一体に接合した構成である。つまり、図５（ａ）において、基部５１の長さ方向を二分する中心軸５１−Ｌに関して、基部５１に一体に固定されているネック部５４の付け根もしくは根元部分と、各振動腕３４，３５及び固定用腕３７，３８のそれぞれの付け根もしくは根元部分とが対称に配置されている。
このため、構造的に、ネック部５４の付け根もしくは根元部分が変位しやすいことから、固定用腕３７，３８のそれぞれの付け根もしくは根元部分が変形しやすいことから、図２において、加えられた応力が接合箇所Ｂを中心とした左右端部にバランスよく分散され、その結果変位量Ｍ２が小さくなる。
【００３９】
そして、図５（ｂ）と図５（ｃ）の圧電振動片３２−１のように、バランス部４２を省略した構成でも、その変位量Ｍ２は従来と比較すると十分小さくなり、図５（ｂ）の場合と、図５（ｃ）の場合のように、接合位置を多少変化させても、ほぼ重心位置に相当する箇所で接合すれば、ほぼ同様の結果を得ることができた。
【００４０】
図６は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００４１】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００４２】
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０を利用することにより、低背化を実現して、装置全体の小型化を図ることができ、圧電振動片の接合構造が振動性能に悪影響を与えることがないので、正確なクロック信号を生成することができる。
【００４３】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器、ジャイロセンサ等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】 図１の圧電デバイスと従来の圧電デバイスの振動腕の先端部の変位量を比較したグラフ。
【図４】 図１の圧電デバイスと従来の圧電デバイスの振動性能の変化を比較したグラフ。
【図５】 図１の圧電デバイス及びその変形例と接合箇所の関係を示す概略平面図。
【図６】 本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図７】 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３１・・・電極部、３２・・・圧電振動片、３４，３５・・・振動腕、３７，３８・・・固定用腕、４２・・・バランス部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電デバイスの改良、および改良された圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図７は、このような圧電デバイスの構成例を示す概略断面図である（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２の内部に、圧電振動片３を収容している。パッケージ２はこの場合、絶縁材料を浅い箱状に形成したもので、内部に圧電振動片３を収容固定した後で、蓋体４により封止されるようになっている。
【０００３】
パッケージ２は、セラミックのグリーンシートでなる複数の基板２ａ，２ｂ，２ｃを成形して積層し、焼結することにより形成されており、基板２ｃの内側には、成形時に材料を除去して形成した孔を設けることにより、図示するように圧電振動片３を収容する空間Ｓ１を形成している。
【０００４】
圧電振動片３は、例えば水晶をエッチングすることにより、一端を基部として、この基部から一方に平行に延びる一対の振動腕を備える所謂音叉型振動片で構成されており、表面には図示しない駆動用の励振電極が形成されている。
この圧電振動片３は、基部３ａの箇所がパッケージ２の内部空間Ｓ１で、パッケージ側に接合されて、片持ち式に支持されている。
【０００５】
具体的には、パッケージ２の基板２ａの表面にパッケージ底面に設けた実装電極部（図示せず）と接続された電極部５が形成されており、この電極部５と圧電振動片３の基部３ａが導電性接着剤６により接合されている。
さらに、この圧電デバイス１においては、パッケージ２の内側の圧電振動片３の先端部３ｂの直下の領域に、基板２ｂの対応領域の材料を除去することで凹部７を設けている。これにより、圧電デバイス１が外部からＺ方向の衝撃を受けた場合に、圧電振動片３の先端部３ｂが矢印Ｄの方向に振れて、パッケージ２の内側底面に衝突して破損することを回避するようにされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３５９５３５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成の圧電デバイス１には、いくつかの問題がある。すなわち、圧電振動片３をその一端部である基部３ａの箇所で接合し、片持ち式に支持しているので、外部からＺ方向の衝撃を受けた場合に、圧電振動片３の先端部３ｂのＺ方向の変位量が大きい。このため、衝撃の際に圧電振動片３の先端３ｂの破損を防止するために、パッケージ２内に凹部７を設ける必要から、パッケージ２の全体の厚み方向の大きさｈを小さくする上で制約があり、製品の低背化を図る上で不利である。
特に、圧電振動片３が導電性接着剤６を用いた片持ち支持構造であると、その接合の際に導電性接着剤６が硬化する過程で、導電性接着剤６の収縮により、圧電振動片３の先端部３ｂが下方を向くようにして、傾斜して固定される場合があり、このような点からも上述した凹部７を設ける必要性がより高くなる。
【０００８】
また、圧電振動片３とパッケージ２との接合箇所である基部３ａと圧電振動片３の先端部３ｂとの距離が大きいので、圧電デバイス１の外部からの衝撃の際に、曲げモーメントが大きくなり、基部３ａにおける接合構造へのダメージが大きい。
【０００９】
さらに、パッケージ２に対する接合部である基部３ａと励振される振動部とが近い位置にあることから、圧電振動片３の振動側から基部３ａに振動が漏れ込みやすく、パッケージ２側に振動が伝播してしまい、発振性能に悪影響を与えてしまう。
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、圧電デバイスの低背化に有利で、外部からの衝撃の際に圧電振動片の接合箇所への負担が少ないことから破損しにくく、発振周波数の変化を生じにくい圧電デバイス、およびこの圧電デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスであって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、 前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした、圧電デバイスにより、達成される。
第１の発明の構成によれば、パッケージ内に収容される圧電振動片が、振動腕とは異なる固定用腕について、圧電振動片の重心の近傍の箇所にて、接合されるようにしたので、従来のように、端部で接合した片持ち式の支持構造と比べて、振動腕の曲げモーメントを接合箇所の両側に分散することができる。
このため、外部からの衝撃の際に、振動腕の先端の変位量を小さくすることができ、パッケージの内側へ衝突して破損することを有効に防止できる。また、振動腕と接合箇所が離れることで振動腕から接合箇所を介してパッケージ側への振動の漏れ込みを小さくすることができる。さらに、外部からの衝撃の際に接合箇所へ働く曲げモーメントを小さくすることができることから、パッケージと圧電振動片との接合箇所が破損することを有効に防止できる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記複数の固定用腕は、前記複数の振動腕の両外側に配置される同じ長さの一対のアームであることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、１対のアームが互いに同一の形態となり、幅方向の中心を通る仮想の中心線に関して対称の構造となるので、各固定アームをパッケージと接合することで、複数の接合箇所をもつため接合構造が強化され、かつバランスよく固定することができる。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記複数の固定用腕が、前記複数の振動腕よりも短く形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、接合に使用される固定用腕が極端に大きな重量増加を招くことがなく、長さ方向のサイズも拡大しないですむ。
【００１５】
第４の発明は、第１ないし３の発明のいずれかの構成において、前記基部から、前記複数の振動腕と前記固定用腕とが同じ一方向に延びており、さらに前記基部から、前記一方向と反対の方向に延びるバランス部を備えていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記振動腕の延びる方向と反対の方向に延びる前記バランス部を備えることで、前記重心の近傍の接合位置が、前記基部側に移動し、応力の分散のバランスをとりやすくなる。さらに、より振動腕の長さの短い圧電振動片においては、適正な位置で固定することが可能となる。すなわち、振動腕の短い圧電振動片では、バランス部がないと、重心位置が先端部側に寄ってしまうので、これをより基部側に寄せることで、好適なバランスを得ることができる。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記バランス部は、前記基部に対して一体に結合された細幅のネック部と、このネック部より先端側で拡幅されたヘッド部とを備えていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、前記ネック部を設けたことにより変形しやすい箇所を作ることで、前記バランス部は、前記接合箇所を挟んで、前記振動腕の撓み変形と対称的に変形しやすくなり、外部からの衝撃がより適切に分散されることで変位量をより小さくすることができる。
【００１７】
第６の発明は、第１ないし５の発明のいずれかの構成において、前記圧電振動片の前記固定用腕が、前記パッケージの内側底面に設けた電極部に対して、金属バンプにより接合されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、金属バンプを利用して圧電振動片を接合することにより、圧電振動片を水平に保持する接合構造を実現でき、導通性能も確実となる。
【００１８】
また、上述の目的は、第７の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００１９】
また、上述の目的は、第８の発明によれば、音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、前記パッケージが、該パッケージの底部を構成する基板と、前記基板に形成された電極部とを備え、前記音叉型水晶振動片が、基部と、前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕とを備えており、前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の圧電デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、基体であるパッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３６は、上部が開口しており、蓋体３９により封止されている。パッケージ３６は、その少なくとも一部が、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。
【００２１】
すなわち、この実施形態では、パッケージ３６が第１の基板６１と第２の基板６２を順次積層して形成されており、第２の基板６２の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓ２のスペースを形成している。この内部空間Ｓ２が圧電振動片を収容するための収容空間である。
ここで、本実施形態では、箱状のパッケージ３６を形成して、圧電振動片３２を収容するようにしているが、例えば、第１の基板６１を基体として、これに圧電振動片３２を接合し、厚みの薄い箱状のリッドないしは蓋体をかぶせて封止する構成としたパッケージ（収容容器）を用いてもよい。
【００２２】
図１及び図２において、基体であるパッケージ３６の内部空間Ｓ２内の端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第１の基板６１には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この実施形態では、電極部３１，３１は、第１の基板６１の幅方向の両端部付近で、長さ方向の中央付近に設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。具体的には、例えば、第１の基板６１の底面に実装電極部（図示せず）を形成し、この実装電極部と電極部３１，３１を、第１の基板６１の焼成前にタングステンメタライズ等を利用して形成した導電スルーホール等で接続することができる。
【００２３】
この各電極部３１，３１の上に金属バンプ４３，４３が予め配置され、その上から圧電振動片３２を接合するようになっている。金属バンプ４３としては、例えば金バンプが使用される。図１及び図２では、接合位置を明らかにするために、金属バンプ４３の大きさを実際よりも大きく示している。
ここで、このような金属バンプ４３，４３の形成方法は、メッキ法やスタッドバンプ形成法が利用される。すなわち、メッキ法は電極部３１上に金属バンプを形成するための金属材料としての金または金合金を形成した後でリフローし、半球状のバンプを形成する。あるいは蒸着やペースト印刷により形成してもよい。
【００２４】
また、メッキ法に限らず、ボールバンプもしくはスタッドバンプにより形成してもよい。すなわち、金ワイヤをキャピラリから露出させた先端に、電気トーチや水素トーチ等で加熱溶融させてボールを形成する。そして、電極部３１上に移動させて、熱併用超音波圧着して形成することができる。
圧電振動片３２は、その後述する固定用腕を、金属バンプ４３，４３に圧接、あるいは加熱加圧、もしくは超音波併用加熱圧接することにより接合されている。
【００２５】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
圧電振動片３２は、基部５１と、この基部５１から図１において左方に平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えている。また、基部５１は、Ｘ方向である幅方向に広がりを有する帯状の形態であり、上述した一対の振動腕３４，３５の各外側にひとつづつ設けられ、一対の振動腕３４，３５と同じ方向に互いに平行に延びる一対の固定用腕３７，３８を備えている。
すなわち、一対の振動腕３４，３５と固定用腕３７，３８は、基部５１を基端として、基部５１からＹ方向である同じ方向に延びるように一体に形成されており、この実施形態では、固定用腕３７，３８は互いに同じ長さで、振動腕３４，３５よりも短くなるようにされている。
これにより、圧電振動片３２は、図１の圧電デバイス３０の長さ方向に延びる仮想の中心線Ｃに関して、対称の形状とされている。
【００２６】
図１において、基部５１を挟んで、各振動腕３４，３５及び固定用腕３７，３８が形成されている側とは反対側に、バランス部４２が一体に形成されている。バランス部４２は、圧電振動片３２の接合箇所を挟んで、長さ方向の両端部の変位に関する挙動のバランスを図るために設けられるものである。このバランス部４２は、基部５１から、図１において右方に位置し、幅寸法を小さくすることで形成された、切欠き部もしくは凹部であるネック部５４と、ネック部５４よりも先端側で、幅寸法を拡大して形成したヘッド部４６とを備えている。
【００２７】
また、圧電振動片３２の少なくとも各振動腕３４，３５には、励振電極４４，４５が形成されている。励振電極４４，４５は、例えば、下地としてクロムをメッキし、その上に金をメッキすることにより形成されている。励振電極４４，４５は互いに異極となるように分極されており、励振電極４４は、振動腕３４の先端側の主面（表裏面）と両側面、及び振動腕３５の基端側の主面、ならびに基部５１を回り込んで、固定用腕３７の主面に引き回されている。励振電極４４が延長されて、固定用腕３７の主面に引き回された部分は導出電極４４ａとされている。励振電極４５は、振動腕３５の先端側の主面（表裏面）と両側面、及び振動腕３４の基端側の主面、ならびに基部５１を回り込んで、固定用腕３８の主面にに引き回されている。励振電極４５が延長されて、固定用腕３８の主面に引き回された部分は導出電極４５ａとされている。
【００２８】
そして、振動腕３４と振動腕３５の間の股部５３で、各振動腕３４と振動腕３５の内側側面の励振電極４４と励振電極４５とが分離されている。固定用腕３７，３８に引き回された各導出電極４４ａ，４５ａは、接合用の電極として機能する。
これにより、外部からパッケージ３６の電極部３１，３１を介して、励振電極４４，４５に駆動電圧が印加されることにより、各振動腕３４，３５内で電界が適切に形成され、振動腕３４，３５の各先端部が互いに接近したり離間したりするように駆動されて、所定の周波数で振動するようになっている。
【００２９】
パッケージ３６の開放された上端には、低融点ガラス等のロウ材４８を介して蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、コバール等の金属で形成したり、透明なガラス材料で形成することができる。透明な材料を選択する場合には、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光ＬＢを圧電振動片３２の金属被覆部もしくは励振電極の一部（図示せず）に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うことができる。この場合、蓋体３９としては、例えば、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００３０】
次に、圧電振動片３２の接合構造について説明する。
圧電振動片３２は、従来のような片持ち支持構造ではなく、図１および図２に示すように、各固定用腕３７，３８をそれぞれパッケージ３６側の電極部３１，３１に接合することにより接合固定されている。
具体的には、図１のパッケージ３６の内側底面において、電極部３１，３１は、理想的には、接合される圧電振動片３２を位置決めした際のこの圧電振動片３２の重心ＧＰから、幅方向であるＸ方向に延びる仮想の直線ＧＰ１上に形成され、その上に上述した金属バンプ４３，４３を設けて、圧電振動片３２の各固定用腕３７，３８と接合するようにされている。
【００３１】
あるいは、この接合箇所は、圧電振動片３２の全長Ｌ１の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合してもよい。
また、この接合箇所は、圧電振動片３２の各振動腕３４，３５の全長Ｌ２の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合することができ、もしくは、この接合箇所は、圧電振動片３２の固定用腕３７，３８の全長Ｌ３の中心箇所を重心位置と対応した重心近似箇所として設定し接合することができる。この場合、Ｚ軸変位のバランスをシンメトリーに分散させるため、バランス部４２の寸法の調整する。
尚、接合手段としては、金属バンプだでけでなく、接合状態において、圧電振動片３２が水平状態からある程度の姿勢変化を許容する場合等においては、導電性接着剤を使用してもよい。この場合、従来と異なり、本実施形態の圧電振動片３２は、片持ち支持構造ではないから、傾斜して接合されても、各振動腕３４，３５の先端部が、従来ほどパッケージ３６の内側底面に接近することがない。
【００３２】
本実施形態は以上のように構成されており、パッケージ３６内に収容される圧電振動片３２が、振動腕３４，３５とは異なる固定用腕３７，３８について、圧電振動片３２の重心の近傍の箇所にて、接合されるようにしている。このため、接合箇所が圧電振動片３２の重心ＧＰの近傍に位置することになり、従来のように、端部で接合した片持ち式の支持構造と比べて、振動腕の曲げモーメントを接合箇所の両側に分散することができる。
すなわち、圧電デバイス３０に外部から衝撃が加えられた場合においては、図２に示す圧電振動片３２の両端部Ｅ１とＥ２は、その中間位置にある接合箇所Ｂを中心として、各矢印に示すように、Ｚ方向に対称的に変位することになる。このように、衝撃を分散することで、圧電振動片３２の両端部Ｅ１とＥ２の変位量を、従来の片持ち支持の圧電振動片の先端部の変位量よりも小さくすることができ、パッケージの内側へ衝突して破損することを有効に防止できる。
【００３３】
さらに、両端部Ｅ１とＥ２の変位により、金属バンプ４３による接合部への曲げモーメントは、片持ち支持による接合箇所Ｂへの曲げモーメントと比べて小さいので、接合箇所Ｂに加わる応力が小さくなり、その分破損しにくくなる。このため、圧電デバイス３０の信頼性が向上する。
また、振動腕３４，３５と接合箇所Ｂが離れていることから、振動腕３４，３５から接合箇所を介してパッケージ側への振動の漏れ込みを小さくすることができ、このため発振周波数が変化してしまうことや、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の上昇を効果的に抑制できる。
【００３４】
図３及び図４は、図７で説明した圧電デバイス１に対応するものをＳＡ１、本実施形態の圧電デバイス３０に対応するものをＳＡ２として示す図である。
このうち、図３は、外部から衝撃を受けた場合の先端部の変位量を比較した比較線を示している。図において、比較線Ｔ１はＳＡ１とＳＡ２について、銀ペーストを利用した導電性接着剤で接合した場合を示し、比較線Ｔ２はＳＡ１とＳＡ２について、金属バンプで接合した場合を示している。また、図４は、振動漏れによる発振周波数の変化量を比較した図であり、比較線Ｔ３はＳＡ１とＳＡ２について、銀ペーストを利用した導電性接着剤で接合した場合を示し、比較線Ｔ４はＳＡ１とＳＡ２について、金属バンプで接合した場合を示している。
【００３５】
図３では、衝撃条件として４３０００Ｇ（１５００ｍｍの高さから１００グラムの物体を自由落下させた衝撃と同等）に設定して試験した結果である。図３に示すように、図２の接合箇所Ｂを金属バンプ４３ではなく、導電性接着剤で接合した場合のＴ１では、圧電振動片の振動腕の先端部の変位量はＳＡ１（従来構造）とＳＡ２（本実施形態）では大きな差が見られることから、本実施形態の衝撃緩和性能の高さを示している。また、金属バンプによる接合では、大きな差は見られないが、本実施形態の方が有利である結果が得られた。
図４では、金属バンプで接合した場合も、導電性接着剤で接合した場合においても、ともに発振周波数の変化が顕著に抑制される結果が得られた。
【００３６】
図５は、圧電振動片３２の変形例とパッケージへの接合箇所との関係を示す概略平面図であり、図５（ａ）は図１及び図２で説明した圧電振動片３２とその接合箇所としての仮想線ＧＰ１を示し、図５（ｂ）はバランス部４２を備えない形態の圧電振動片３２−１を仮想線ＧＰ１の位置でパッケージに接合した状態を示し、図５（ｃ）は上記圧電振動片３２−１を仮想線ＧＰ１とは相違する圧電振動片３２−１の重心位置ＧＰ２と対応した箇所でパッケージに接合した状態を示している。
【００３７】
これらの各形態について、圧電デバイスの外部から衝撃を加えた場合（その条件は図３と同じ）において、先端部の変位量を調べると、先ず、従来の圧電デバイス１の図７に示す変位量Ｍ１は、０．５ｍｍ程度である。これに対して、図５（ａ）の構成では、図２のＭ２に示す変位量がほぼ０．１８ｍｍ程度、図５（ｂ）の構成では、変位量がほぼ０．２３ｍｍ程度、図５（ｃ）の構成でも、変位量がほぼ０．２３ｍｍ程度であった。
【００３８】
これらの結果から、図５（ａ）の圧電振動片３２では、基部５１とは別に、基部５１の各振動腕３４，３５を設けた側とは反対の端部に、バランス部４２を備えているので、各振動腕３４，３５の先端部の変位量が最も少なく、最も優位性が高い。特に、バランス部４２が比較的質量のあるヘッド部４６を幅の狭められたネック部５４で一体に接合した構成である。つまり、図５（ａ）において、基部５１の長さ方向を二分する中心軸５１−Ｌに関して、基部５１に一体に固定されているネック部５４の付け根もしくは根元部分と、各振動腕３４，３５及び固定用腕３７，３８のそれぞれの付け根もしくは根元部分とが対称に配置されている。
このため、構造的に、ネック部５４の付け根もしくは根元部分が変位しやすいことから、固定用腕３７，３８のそれぞれの付け根もしくは根元部分が変形しやすいことから、図２において、加えられた応力が接合箇所Ｂを中心とした左右端部にバランスよく分散され、その結果変位量Ｍ２が小さくなる。
【００３９】
そして、図５（ｂ）と図５（ｃ）の圧電振動片３２−１のように、バランス部４２を省略した構成でも、その変位量Ｍ２は従来と比較すると十分小さくなり、図５（ｂ）の場合と、図５（ｃ）の場合のように、接合位置を多少変化させても、ほぼ重心位置に相当する箇所で接合すれば、ほぼ同様の結果を得ることができた。
【００４０】
図６は、本発明の上述した実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置３００の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、圧電デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０単体でなくても、圧電デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００４１】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００４２】
このように、制御部を備えたデジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る圧電デバイス３０を利用することにより、低背化を実現して、装置全体の小型化を図ることができ、圧電振動片の接合構造が振動性能に悪影響を与えることがないので、正確なクロック信号を生成することができる。
【００４３】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージや箱状の蓋体に被われるようにして、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器、ジャイロセンサ等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】 図１の圧電デバイスと従来の圧電デバイスの振動腕の先端部の変位量を比較したグラフ。
【図４】 図１の圧電デバイスと従来の圧電デバイスの振動性能の変化を比較したグラフ。
【図５】 図１の圧電デバイス及びその変形例と接合箇所の関係を示す概略平面図。
【図６】 本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図７】 従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
３０・・・圧電デバイス、３１・・・電極部、３２・・・圧電振動片、３４，３５・・・振動腕、３７，３８・・・固定用腕、４２・・・バランス部。
Claims (8)
- 音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスであって、
前記パッケージが、
該パッケージの底部を構成する基板と、
前記基板に形成された電極部と
を備え、
前記音叉型水晶振動片が、
基部と、
前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕と
を備えており、
前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした
ことを特徴とする、圧電デバイス。 - 前記複数の固定用腕は、前記複数の振動腕の両外側に配置される同じ長さの一対のアームであることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
- 前記複数の固定用腕が、前記複数の振動腕よりも短く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
- 前記基部から、前記複数の振動腕と前記固定用腕とが同じ一方向に延びており、さらに前記基部から、前記一方向と反対の方向に延びるバランス部を備えてい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圧電デバイス。
- 前記バランス部は、前記基部に対して一体に結合された細幅のネック部と、このネック部より先端側で拡幅されたヘッド部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス。
- 前記音叉型水晶振動片の前記固定用腕が、前記パッケージの内側底面に設けた電極部に対して、金属バンプにより接合されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記パッケージが、
該パッケージの底部を構成する基板と、
前記基板に形成された電極部と
を備え、
前記音叉型水晶振動片が、
基部と、
前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕と
を備えており、
前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、携帯電話装置。 - 音叉型水晶振動片を少なくともその長さ方向のひとつの位置にてパッケージ内に接合させ、前記パッケージを蓋体で封止するようにした圧電デバイスを利用した電子機器であって、
前記パッケージが、
該パッケージの底部を構成する基板と、
前記基板に形成された電極部と
を備え、
前記音叉型水晶振動片が、
基部と、
前記基部から平行に延びる複数の振動腕と、
前記基部から前記振動腕と平行に延びる複数の固定用腕と
を備えており、
前記各固定用腕が、前記音叉型水晶振動片の重心の近傍の位置のみで導電性接着剤を介して前記電極部と接合されることにより、外部からの衝撃が作用することで、前記音叉型水晶振動片の前記基部と前記振動腕の先端部とがＺ軸方向に変位する構成とした圧電デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
ことを特徴とする、電子機器。
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