JP2011015100A

JP2011015100A - 音叉型屈曲水晶振動子

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Publication number: JP2011015100A
Application number: JP2009156389A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kizaki; 茂木崎; Ryota Kawai; 良太河合; Kazuyoshi Kawakita; 和義川北; Ryoji Matsui; 良司松井; Shinichi Morishima; 真一森嶋
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: US20100327707A1; JP5350101B2; US8212458B2

Abstract

【課題】振動腕部から漏れる振動を減衰させる。
【解決手段】幅方向に溝状の第一の凹部を有する基部と、この基部から延出する２本一対の振動腕部とを備え、基部から延出する振動腕部の延出方向と直角となる方向を幅方向とし、基部が第一の凹部を表裏主面に有しつつ互いに向き合わずに所定の間隔をあけて設けられ、この第一の凹部が、基部の厚さの中心を越えた深さとなっており、ウェットエッチングなどで形成できることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に用いられる音叉型屈曲水晶振動子に関する。

従来、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして圧電振動子又は圧電発振器が搭載されている。この圧電振動子又は圧電発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。又、圧電振動子や圧電発振器は、その内部に水晶からなる音叉型屈曲水晶振動子が搭載されている。
以下、圧電材料に水晶を用いた音叉型屈曲水晶振動子について説明する。

図６は、従来の音叉型屈曲水晶振動子の一例を示す斜視図である。図７は、従来の音叉型屈曲水晶振動子に用いられる圧電片の一例を示す斜視図である。
図６に示すように、音叉型屈曲水晶振動子４００は、圧電片４１０（図７参照）と、その圧電片４１０の表面に設けられた励振用電極４２１ａ，４２１ｂ，４２２ａ及び４２２ｂと、周波数調整用金属膜４２４ａ及び４２４ｂと、接続用電極４２３a及び４２３ｂと、導配線パターン４２５，４２６とにより概略構成される（例えば、特許文献１参照）。

図６に示すように、圧電片４１０は、平面視略四角形の平板である基部４１１と、この基部４１１の一辺から同一方向に延出した振動腕部４１２とにより構成されている。
以下、振動腕部４１２は、２本一対で構成されているため、第一の振動腕部４１２ａ、第二の振動腕部４１２ｂとして説明する。
圧電片４１０は、これら基部４１１、第一の振動腕部４１２ａ、第二の振動腕部４１２ｂが一体で構成されている。

図６に示すように、励振用電極４２１ａは、圧電片４１０を構成する第一の振動腕部４１２ａの対向する表裏主面に設けられている。なお、表裏主面とは、基部４１１の表面積の最も広く形成されている面であって、一方の面と他方の面とが平行になっている２つの面をいい、また、これら２つの面と同一の方向を向く面も含まれる。また、図６及び図７において、図面で現われている面を「表面」とし、隠れている面を「裏面」とする。

励振用電極４２１ｂは、第一の振動腕部４１２ａの対向する両側面に設けられている。また、励振用電極４２２ａは、第二の振動腕部４１２ｂの対向する表裏主面に設けられている。さらに、励振用電極４２２ｂは、第二の振動腕部４１２ｂの対向する両側面に設けられている。

なお、第一の振動腕部４１２ａの両側面に設けられた励振用電極４２１ｂは、周波数調整金属膜４２４ａにより電気的に接続している。
また、第二の振動腕部４１２ｂの両側面に設けられた励振用電極４２２ｂは、周波数調整金属膜４２４ｂにより電気的に接続している。

接続用電極４２３aは、第一の振動腕部４１２ａに近い側の基部４１１の表裏主面に対向させて設けられている。この接続用電極４２３ａは、励振用電極４２１ｂとも電気的に接続している。
また、接続用電極４２３ａは、励振用電極４２１ｂを介して基部４１１主面に設けられた導配線パターン４２６により、第二の振動腕部４１２ｂの励振用電極４２２ａと電気的に接続している。

また、接続用電極４２３ｂは、第一の振動腕部４１２ｂに近い側の基部４１１の表裏主面に対向させて設けられている。この接続用電極４２３ｂは、基部４１１主面に設けられた導配線パターン４２６により、励振用電極４２１ａとも電気的に接続している。
また、接続用電極４２３ａは、第二の振動腕部４１２ｂの励振用電極４２２ｂと電気的に接続している。

なお、接続用電極４２３ａと４２３ｂは、基部４１１の表裏主面上で、互いに導通しないように位置をずらして設けられている。

周波数調整用金属膜４２４ａは、第一の振動腕部４１２ａの表主面及び側面の先端部に設けられており、第一の振動腕部４１２ａの両側面に設けられた励振用電極４２１ｂと電気的に接続している。また、周波数調整用金属膜４２４ｂは、第二の振動腕部４１２ｂの表主面及び側面の先端部に設けられており、第二の振動腕部４１２ｂの両側面に設けられた励振用電極４２２ｂと電気的に接続している。
なお、圧電振動素子４００は、この周波数調整用金属膜４２４ａ及び４２４ｂを構成する金属の量を増減させることにより、その振動周波数値を所望する値に調整することができる。

ところで、振動腕部から漏れる振動を減衰させるための音叉型屈曲水晶振動子の構造としては、基部の主面に溝状の凹部を形成したものが提案されている。この音叉型屈曲水晶振動子は、振動腕部から漏れる振動を減衰させて、振動の伝播を防ぐように溝状の凹部を形成している（例えば、特許文献２参照）。

なお、これら音叉型屈曲水晶振動子は、例えば、一方の主面に開口部を有する凹部を有する素子搭載部材の、凹部内底面に形成された素子接続用電極パッド上に搭載され、さらに凹部の開口部は蓋体により気密封止されて圧電振動子となる（例えば、特許文献１参照）。
また、これら音叉型屈曲水晶振動子は、例えば、一方の主面に開口部を有する凹部を有する素子搭載部材の、凹部内底面に形成された素子接続用電極パッド上に搭載され、さらに凹部の開口部は蓋体により気密封止されつつ、少なくとも発振回路を備えた集積回路素子を圧電振動素子と電気的に接続した構造とすると圧電発振器となる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−３０１２９７号公報実開昭５１−１３８０７６号公報

しかしながら、支持腕部を構成要素の一部としない音叉型屈曲水晶振動子は、基部の幅方向、つまり、振動腕部が基部から延出する方向に対して直角となる方向に溝状の凹部を形成しても、振動腕部から漏れる振動を十分に減衰させることができず、温度特性やＣＩ値を悪化させる恐れがある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、振動腕部からの振動を減衰させる音叉型屈曲水晶振動子を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、音叉型屈曲水晶振動子であって、幅方向に溝状の第一の凹部を有する基部と、この基部から延出する２本一対の振動腕部とを備え、前記基部が前記第一の凹部を表裏主面に有しつつ互いに向き合わずに所定の間隔をあけて設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、二本一対の前記振動腕部のそれぞれが、前記振動腕部よりも短い溝状の第二の凹部を有して構成しても良い。

また、本発明は、二本一対の前記振動腕部のそれぞれが、前記振動腕部よりも短い２つ以上並んだ溝状の第二の凹部を有して構成しても良い。

このような音叉型屈曲水晶振動子によれば、基部の幅方向であって表裏主面に第一の凹部を互いに向き合わずに所定の間隔をあけて設けたので、振動腕部から漏れる振動の減衰を向上させることができる。

また、本発明は、二本一対の前記振動腕のそれぞれが、振動腕部よりも短い溝状の第二の凹部を有する構造となっており、振動腕部から漏れる振動を基部が有する第一の凹部で減衰させることができる。

また、本発明は、二本一対の前記振動腕のそれぞれが、前記振動腕部よりも短い２つ以上並んだ溝状の第二の凹部を有する構造となっており、振動腕部から漏れる振動を基部が有する第一の凹部で減衰させることができる。

本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子の一例を示す斜視図である。本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子に用いられる圧電片の一例を示す斜視図である。第一の凹部の状態の一例を示す概念図である。本発明の第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子の一例を示す斜視図である。本発明の第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子の一例を示す斜視図である。従来の音叉型屈曲水晶振動子の一例を示す斜視図である。従来の音叉型屈曲水晶振動子に用いられる圧電片の一例を示す斜視図である。

本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。

（第一の実施形態）
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子１００は、圧電片１１０ａ（図２参照）と、その圧電片１１０ａの表面に設けられた励振用電極１２１ａ，１２１ｂ，１２２ａ及び１２２ｂと、接続用電極１２３ａ及び１２３ｂと、周波数調整用金属膜１２４ａ及び１２４ｂと、導配線パターン１２５，１２６と、により概略構成される。

図１及び図２に示すように、圧電片１１０ａは、例えば水晶からなり、平板状となる基部１１１と、この基部１１１の一辺から同一方向に延出している２本一対の振動腕部１１２と、から構成されている。
なお、振動腕部１１２は、２本一対であることから、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂとして説明する。

基部１１１は、幅方向に溝状の第一の凹部３１を有する。ここで、基部１１１の幅は、基部１１１から延出する第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂの延出方向に対して直角となる方向とする。
この第一の凹部３１は、基部１１１の表裏主面に設けられている。また、基部１１１の表裏主面に設けられる第一の凹部３１は、互いに向き合わずに所定の間隔をあけて設けられている。

なお、基部１１１の表裏主面に設けられる第一の凹部３１は、幅方向に導配線パターンを設ける部分を残して全幅にわたって第一の凹部３１が設けられている。
なお、図２に示すように、第一の凹部３１は、基部１１１の主面の中央部分で途切れた状態となっている。この第一の凹部３１が途切れた部分に後述する導配線パターンが設けられる。
この第一の凹部３１は、例えば、基部１１１の表主面側に設けられる第一の凹部３１が、裏主面側に設けられる第一の凹部３１より第一の励振腕部１１２ａ及び第二の励振腕部１１２ｂに近い側に設けられる。

また、この第一の凹部３１は、実装の際に用いられる導電性接着剤が付けられる位置から離れた位置に設けられている。例えば、基部１１１の端部を導電性接着剤が付けられる部分とした場合、基部１１１の中間部分から振動腕部１１２側に離れた位置に設けられることとなる。

この第一の凹部３１の断面形状は、例えば、Ｕ字型、Ｖ字型、傾斜角度が異なるように壁面が形成された断面形状などの形に形成しても良い。
また、この第一の凹部３１は、図３に示すように、基部１１１の厚さの中心ＣＬを越えた深さで形成されている。
具体的に説明すると、第一の凹部３１の深さは、基部１１１の厚さに対して５０％より大きく９０％以下で形成されている。
例えば、第一の凹部３１の深さが５０％以下の場合は、基部１１１内を伝播する振動が第一の凹部３１を通過してしまい、振動が漏れた状態となってＣＩ値を向上させにくくなる。また、第一の凹部３１の深さが９０％以上の場合は、基部１１１の強度を確保することができず、製造途中で破損する恐れがある。
したがって、第一の凹部３１は、表主面を伝播する振動Ｗを表主面側に設けられた第一の凹部３１で減衰させ、裏主面を伝播する振動Ｗを裏主面側に設けられた第一の凹部３１で減衰させる。また、それぞれの第一の凹部３１が基部１１１の厚みの中心を越える深さで形成されているので、基部１１１の内部を伝播する振動も第一の凹部３１で減衰させることができる。したがって、第一の凹部３１により、振動腕部１１２から漏れた振動を減衰させて基部１１１における支持する部分へ伝播する振動を減衰させることがきる。

図１に示すように、励振用電極１２１ａは、第一の振動腕部１１２ａの表裏主面に設けられている。また、励振用電極１２１ｂは、第一の振動腕部１１２ａの対向する両側面に設けられている。
周波数調整用金属膜１２４ａは、第一の振動腕部１１２ａの表主面及び両側面の先端部に設けられており、第一の振動腕部１１２ａの両側面に設けられた励振用電極１２１ｂと電気的に接続している。
接続用電極１２３ａは、基部１１１の第一の振動腕部１１２ａ側であって、基部１１１の表裏主面に設けられている。

また、励振用電極１２２ａは、第二の振動腕部１１２ｂの表裏主面に設けられている。また、励振用電極１２２ｂは、第二の振動腕部１１２ｂの対向する両側面に設けられている。
周波数調整用金属膜１２４ｂは、第二の振動腕部１１２ｂの表主面及び側面の先端部に設けられており、第二の振動腕部１１２ｂの両側面に設けられた励振用電極１２２ｂと電気的に接続している。
また、接続用電極１２３ｂは、基部１１１の第二の振動腕部１１２ｂ側であって、基部１１１の表裏主面に設けられている。

なお、音叉型屈曲水晶振動子１００は、周波数調整用金属膜１２４ａ及び１２４ｂを構成する金属の量を増減させることにより、その振動周波数値を所望する値に調整することができる。

図１に示すように、励振用電極１２１ａ及び１２２ｂと、周波数調整用金属膜１２４ｂと接続用電極１２３ｂとは、圧電片１１０ａ表面に設けられた、例えば導配線パターン１２５により電気的に接続している。
接続用電極１２３ｂは、基部１１１に設けられている導配線パターン１２５により励振用電極１２１ａと電気的に接続している。また、接続用電極１２３ｂは、励振用電極１２２ｂと電気的に接続している。

また、励振用電極１２１ｂ及び１２２ａと、周波数調整用金属膜１２４ａと接続用電極１２３ａとは、圧電片１１０ａ表面に設けられた、例えば導配線パターン１２６により電気的に接続している。
接続用電極１２３ａは、励振用電極１２１ｂ及び周波数調整用金属膜１２４ａと電気的に接続している。また、基部１１１の表主面に設けられた導配線パターン１２６は、励振用電極１２２ａ及び励振電極１２１ｂと電気的に接続している。

なお、各励振用電極、接続用電極、周波数調整用金属膜、導配線パターンは、下地金属としてのＣｒ層と、その下地金属の上に重ねて設けられたＡｕ層とから構成されている。

この音叉型屈曲水晶振動子１００を振動させる場合、接続用電極１２３ａ及び１２３ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一の振動腕部１１２ｂの励振用電極１２１ｂは＋（プラス）電位となり、励振用電極１２１ａは−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第二の振動腕部１１２ｂの励振用電極１２２ａ，１２２ｂは、第一の振動腕部１１２ａの励振用電極１２１ａ，１２１ｂに生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂに伸縮現象が生じ、各振動腕部１１２に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。

音叉型屈曲水晶振動子１００は、圧電片１１０ａの表面に、前記した励振用電極、接続用電極、導配線パターン及び周波数調整用金属膜をフォトリソグラフィ技術及び蒸着技術により形成することができる。また、音叉型屈曲水晶振動子１００は、例えば、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、その凹部内底面に形成された素子接続用電極パッド上に搭載され、更に凹部の開口部が蓋体により気密封止されて圧電振動子となる。

前記した音叉型屈曲水晶振動子１００によれば、基部１１１の表裏主面であって、圧電片１１０ａを構成する基部１１１の幅方向に第一の凹部３１を設けることにより、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂから漏れる振動が、表主面を伝播する振動を表主面側に設けられた第一の凹部で減衰させられ、裏主面を伝播する振動を裏主面側に設けられた第一の凹部で減衰させられる。また、それぞれの第一の凹部３１が基部１１１の厚みの中心を越える深さで形成されているので、基部１１１の内部を伝播する振動も第一の凹部３１で減衰させることができる。したがって、第一の凹部３１により、振動腕部１１２から漏れた振動を減衰させて基部１１１における支持する部分へ伝播する振動を減衰させることがきる。
また、基部１１１の第一の凹部３１は、エッチング残渣を考慮することがなく、容易に形成することができる。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子は、第一の実施形態に用いられる圧電片１１０ａの振動腕部１１２である第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂが第二の凹部３２を有して構成されている。
その一例として、図４に示す圧電片１１０ｂについて説明する。
圧電片１１０ｂは、基部１１１と、この基部１１１から延出する第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとを備えている。
なお、基部１１１の表裏主面には、幅方向に第一の凹部３１が設けられており、互いの第一の凹部３１が向かい合わないように所定の間隔をあけて設けられている。

第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとには、１本の溝状の第二の凹部３２が設けられている。
これら第二の凹部３２は、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの基部から延出する延出方向と同一となっており、所定の深さで第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとに形成されている。
また、第二の凹部３２は、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂよりも長さが短くなるように第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂに設けられる。
このような第二の凹部３２は、振動の伝播を軽減させる役割はなく、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの屈曲振動を安定させる役割を果たす。
このように、第二の実施形態を構成しても、振動腕部１１２から漏れる振動を減衰させることができる。

（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子は、第一の実施形態に用いられる圧電片１１０ａの振動腕部１１２である第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂがそれぞれ２本一対の第二の凹部３２を有して構成されている。
その一例として、図５に示す圧電片１１０ｃについて説明する。
圧電片１１０ｃは、基部１１１と、この基部１１１から延出する第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂと、を備えている。
なお、基部１１１の表裏主面には、幅方向に第一の凹部３１が設けられており、互いの第一の凹部３１が向かい合わないように所定の間隔をあけて設けられている。

第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとには、例えば、溝状の２本の第二の凹部３２が設けられている。
これら第二の凹部３２は、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの基部から延出する延出方向と同一となっており、所定の深さで第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとに形成されている。
また、第二の凹部３２は、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂよりも長さが短くなるように第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂに幅方向に並べて設けられる。
このような第二の凹部３２は、伝播する振動を減衰させる役割はなく、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの屈曲振動を安定させる役割を果たす。
このように、第三の実施形態を構成しても、振動腕部１１２から漏れる振動を減衰させることができる。

なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、適宜、変更可能である。
例えば、第一の凹部３１は、一方の主面又は両方の主面において、複数並べるように設けても良い。
また、基部の形状は、前記実施形態に限定されず、適宜、変更が可能である。
例えば、基部の幅を部分的に変化させた構造である場合も、本発明を適用することができる。例えば、振動腕部１１２側の基部の幅と、実装により支持される端部側の幅とが異なるように構成されている場合でも、基部の幅方向に溝状の第一の凹部３１を設ければ、第一の実施形態と同様の効果を奏する。
また、基部の幅を２本の振動腕部の外側を向く辺に合わせて、振動腕部の外側の辺と基部の外側の辺とが、直線上に位置するように合わせた構造としても良い。
これらのように音叉型屈曲水晶振動子を構成しても、振動腕部から漏れる振動を減衰させて、支持する部分への振動の伝播を軽減し、温度特性やＣＩ値の悪化を軽減させることができる。
また、第二の凹部は、振動腕部１１２の長さ方向に並べて設けても良い。

１００音叉型屈曲水晶振動子
３１第一の凹部
３２第二の凹部
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ圧電片
１１１基部
１１２振動腕部
１１２ａ第一の振動腕部
１１２ｂ第二の振動腕部

Claims

幅方向に溝状の第一の凹部を有する基部と、この基部から延出する２本一対の振動腕部とを備え、
前記基部が
前記第一の凹部を表裏主面に有しつつ互いに向き合わずに所定の間隔をあけて設けられていることを特徴とする音叉型屈曲水晶振動子。
二本一対の前記振動腕部のそれぞれが、前記振動腕部よりも短い溝状の第二の凹部を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型屈曲水晶振動子。
二本一対の前記振動腕部のそれぞれが、前記振動腕部よりも短い２つ以上並んだ溝状の第二の凹部を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型屈曲水晶振動子。