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JP2005026843A - Piezoelectric device - Google Patents

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Publication number
JP2005026843A
JP2005026843A JP2003188157A JP2003188157A JP2005026843A JP 2005026843 A JP2005026843 A JP 2005026843A JP 2003188157 A JP2003188157 A JP 2003188157A JP 2003188157 A JP2003188157 A JP 2003188157A JP 2005026843 A JP2005026843 A JP 2005026843A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
vibration
piezoelectric device
frequency
piezoelectric vibrator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003188157A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Amamiya
正人 雨宮
Hidenori Ashizawa
英紀 芦沢
Katsuya Mizumoto
勝也 水本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
River Eletec Corp
Original Assignee
River Eletec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by River Eletec Corp filed Critical River Eletec Corp
Priority to JP2003188157A priority Critical patent/JP2005026843A/en
Publication of JP2005026843A publication Critical patent/JP2005026843A/en
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric device capable of reducing the deviation of an oscillation frequency caused by a change in an external environment such as temperature, or the like, and of enabling miniaturization. <P>SOLUTION: The piezoelectric device 21 is provided with a piezoelectric vibrator 22, a semiconductor circuit element 23 for driving the piezoelectric vibrator, and a package 24 for loading them. The piezoelectric vibrator 22 has a natural oscillation frequency generated by a Lame's vibration of 1-4.2MHz and is provided with a piezoelectric vibration section 25 supported by the package through a support arm section lengthwise extended from the nodal point of vibration. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子とこの圧電振動子を駆動制御する半導体回路素子とでパッケージされ、各種電子機器のクロック源として組み込まれる圧電デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、コンピュータやOA機器あるいは通信機器等の様々な電子機器の時計機能やカレンダー機能を実現するデバイスとして、特許文献1に示されているようなリアルタイムクロックモジュール(圧電デバイス)がある。この圧電デバイス1は、図9に示すように、圧電振動子2とこの圧電振動子2を駆動制御する半導体回路素子3とを同一のパッケージ4に収納したものである。前記圧電振動子2には基準振動周波数を発する音叉型の水晶振動片が用いられ、前記パッケージ4内に設けたマウント電極部7に端子電極部6を接合して片持ち支持される。半導体回路素子3は、発振回路、分周回路及び日付時刻を管理制御する制御回路が内蔵されており、前記圧電振動子2で発生した振動を電気信号に変換して、時計やカレンダー機能を実現させている。
【0003】
【特許文献1】
特開2003−51719号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の情報化の進展に伴い、各電子機器の時刻管理や機器間の同期を高精度に行う必要が生じている。しかしながら、このような電子機器を動作させるためのクロック源である圧電振動子2は、温度等の外部環境の変化によって振動周波数にずれが生ずるため、半導体回路素子3に内蔵されている時計やカレンダー機能に誤差を生じさせてしまう場合がある。このような誤差は、ある基準温度において振動周波数にずれを生じさせる常温偏差と、温度変化に応じて振動周波数が変化する周波数温度特性が関係している。前記常温偏差に関しては、圧電振動子2の製造工程において、電極の重さを調整することで略ゼロに抑え込むことができるが、周波数温度特性は、圧電振動子2の固有の特性が左右するため、後から調整することは困難である。
【0005】
上記問題点を改善するために、周波数温度特性の良好な厚みすべり振動モードの圧電振動子2を備えた圧電デバイスがあるが、2MHz程度の振動周波数を得るためには振動片のサイズが大きくなり、パッケージの小型化が図られない。
【0006】
そこで、本発明の目的は、温度等の外部環境の変化に対する振動周波数のずれを低減させることができると共に、小型化が可能な圧電デバイスを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る圧電デバイスは、圧電振動子と、その駆動用半導体回路素子と、これらを搭載するパッケージとを備えた圧電デバイスにおいて、前記圧電振動子が1MHz〜4.2MHzのラーメ振動による固有振動周波数を有する圧電振動部を備えたことを特徴とする。
【0008】
この発明によれば、圧電振動子が周波数温度特性の優れたラーメ振動モードの圧電振動部によって形成されているため、周囲の温度変化による影響を受けにくくなり、振動周波数のずれ幅を小さく抑えることができる。これによって、駆動用半導体回路素子での信号処理が高精度となり、時計やカレンダー機能をより正確に実行させることができる。また、前記ラーメ振動モードの圧電振動部によれば、その設計サイズに応じて1MHz以上の振動周波数を得ることができ、さらに小型化も容易となる。
【0009】
また、前記圧電振動部がその節点から外方向に長く延ばした支持腕部を介してパッケージに支持することができるため、前記圧電振動部で発生する輪郭振動に対する抵抗力を小さく抑えることができる。このため、等価直列抵抗値を低減させると共に、パッケージとの熱膨張差で生じる圧電振動部の歪みを緩和させることができ、広い温度範囲に亘って安定した振動周波数を得ることができる。
【0010】
また、前記圧電振動部が1MHz〜4.2MHzの固有振動周波数を備えることで、32.768kHzの基準クロック周波数を分周によって容易に生成させることができる。
【0011】
前記圧電振動子は、X軸、Y軸及びZ軸からなる三次元の結晶方位を有する水晶結晶のXZ面からなるY板を−40°〜−60°の範囲でX軸を中心に回転させ、この回転によるXZ’面からなるY’板を40°〜50°の範囲で平面回転させて得られるラーメ振動モード、あるいは、Y板を前記回転方向と逆の40°〜60°の範囲でX軸を中心に回転させて得られる幅・長さ縦結合振動モードのうちのいずれか適した振動モードを選択して使用することができる。
【0012】
前記圧電振動子をラーメ振動モードや幅・長さ縦結合振動モードによって形成することで、温度変化に対する振動周波数ずれの少ない圧電デバイスとなる。また、前記振動モードの圧電振動子は、1MHz〜4.2MHzといった比較的高い固有振動周波数を得ることが可能であるため、32.768kHzのクロック周波数をはじめとする種々の振動周波数を生成させることができる。
【0013】
さらに、前記固有振動周波数を直接あるいは分周して出力させることができるので、クロック周波数の供給用途以外に、様々な周波数で動作する外部回路のクロック源も供給可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る圧電デバイスの実施形態を詳細に説明する。
【0015】
図1及び図2は、本発明に係る圧電デバイス21の基本構成を示したものである。この圧電デバイス21は、輪郭系の振動モードを備えた圧電振動子22と、この圧電振動子22を駆動制御する半導体回路素子23が同一パッケージ24の上下に分けて組み込み形成されたものである。前記パッケージ24は、セラミックで形成され、中央部に半導体回路素子23を実装する四角形状の凹部24aと、この凹部24aの外周部に圧電振動子22を載置する段部24bとを備えている。前記半導体回路素子23は、圧電振動子22の機械的振動を電気信号に変換し、所定の周期に分周する分周回路部と、時計やカレンダー機能を実現するためのプログラムを格納したメモリ部と、全体の制御を行うCPU部とで構成されている。
【0016】
前記圧電振動子22は、ラーメ振動モードを伴う四角形状の圧電振動部25と、この圧電振動部25を四隅の節点(25a〜25d)から延びる支持腕部28を介して繋がる一対の基部26a,26bとで平板状に形成されている。この圧電振動子22は、図3に示すように、X軸(電気軸),Y軸(機械軸),Z軸(光軸)からなる三次元の結晶方位を有する水晶結晶にあって、XZ面からなるY板を−40°〜−60°の範囲でX軸を中心に回転させ、さらに、この回転で得られたXZ’面(Y’板)を40°〜50°の範囲で平面回転させて形成されたカット基板が使用される。このようなカット基板の代表的なものにLQ2Tカット基板がある。
【0017】
また、前記圧電振動子22は、幅・長さ縦結合振動モードとして形成することもできる。このような幅・長さ縦結合振動モードにする場合は、図4に示されるように、XZ面からなるY板を40°〜60°の範囲でX軸を中心に回転させ、さらに、この回転で得られたXZ’面(Y’板)を40°〜50°の範囲で平面回転させて形成されたカット基板が使用される。このカット基板の代表的なものにNS−GTカット基板がある。
【0018】
また、前記圧電振動部25の表面及び裏面の略全面には独立した励振電極パターンが形成され、この電極パターンが各支持腕部28を通って基部26a,26bに延びている。この基部26a,26bは、前記圧電振動部25をパッケージ24に支持すると共に、半導体回路素子23と導通する端子電極を兼ねている。圧電振動子22は、半導体回路素子23を実装したパッケージ24の段部24bに設けたマウント電極部27に前記基部26a,26bを載置し、導電性接着剤を介して接続される。このようにして、半導体回路素子23及び圧電振動子22の実装を終えた後、パッケージ24の上部に蓋体30を装着して密封封止される。
【0019】
本実施形態の圧電デバイス21では、32.768kHzの基準クロック周波数あるいはその整数倍のクロック周波数を容易に得るために、1MHz〜4.2MHzの中の1.048576MHz,2.097152MHz又は4.194304MHzの固有振動周波数の圧電振動子22が使用される。なお、この圧電振動子のサイズは、ラーメ振動を例にとると、1MHzで約2300μm、4.2MHzでは約550μmとなる。このため、圧電デバイス全体の小型化を図る場合は、固有振動周波数が高い圧電振動子を選択すると共に、分周比率を細かく設定できるように回路設計するとよい。
【0020】
図5は、従来の音叉型の圧電振動子と、本発明の輪郭系振動モードを有する圧電振動子の周波数温度特性を比較したグラフである。このグラフからわかるように、20℃〜30℃の常温から外れるにしたがって、最大−70ppmの周波数偏差があった従来の圧電振動子に比べて、本発明の圧電振動子では周波数偏差が最大−20ppm程度に低減させることができた。
【0021】
次に、本発明の圧電デバイス21の機能構成を図6に示す。この圧電デバイス21に備える半導体回路素子23は、主に、発振回路31、分周回路32及び時計やカレンダー機能を司る制御回路33とを備えている。前記発振回路31では圧電振動子22を駆動させると共に、振動を電気信号に変換する。分周回路32では、前記発振回路31から送出される振動周波数を分周して基準クロック信号となる32.768kHzの周波数を生成する。制御回路33では、前記基準クロック信号によって時計機能やカレンダー機能を起動させ、その情報をデータ入出力部34から外部の図示しない表示回路部等に出力したり、時刻設定やカレンダーの表示設定用のデータを入力して記憶できるようになっている。
【0022】
また、本発明の圧電デバイス21には、上記機能に加えて、圧電振動子22の振動周波数を直接外部に出力する第1の出力端子35と、分周した32.768kHzの周波数を出力する第2の出力端子36からなる2系統の出力端子が設けられ、複数の電子機器のクロック供給源として使用することができる。特に、MHz帯の第1の出力端子35は、起動時のクロック源として、また、kHz帯の第2の出力端子36はスリープ時のクロック源としての応用が可能である。
【0023】
また、上記輪郭振動モードの圧電振動子は、音叉型の圧電振動子に比べて真空状態に置かなくとも実用上問題のない振動特性を得ることができる。このため、封止工程における作業の管理を厳密に規定する必要がなくなり、また、半導体回路素子23から発生するガスの影響を直接受けにくくするというメリットがある。
【0024】
次に、上記圧電デバイスに搭載可能な圧電振動子の各種形態について説明する。図7はラーメ振動モードを備えたLQ2Tカットの水晶振動子42の形状を示したものである。この水晶振動子42は、四隅に振動の節点(45a〜45d)を有する圧電振動部45と、この圧電振動部45を支持すると共に、導通の接点となる基部46とを備え、この基部46から屈曲して延びる支持腕部48を介して前記節点45a〜45dに接続され、圧電振動部45を支持する構造になっている。この実施形態の水晶振動子42のように、振動の節点(45a〜45d)から延びる支持腕部48を長くするほど抵抗力が減少して等価直列抵抗値を抑える効果が得られる。また、前記水晶振動子42は、圧電デバイス全体の小型化を考慮して、圧電振動部45の表裏面に一対の励振電極を備えた(1,1)次のラーメ振動モードに形成される。このため、前記励振電極は正方形状となり、2.0MHzの振動周波数が得られるように設計する場合は、前記圧電振動部45の一辺の長さは約1150μmに設定される。
【0025】
また、図8に示す圧電振動子52は、幅・長さ縦結合振動モードを有するNS−GTカットにおける水晶振動子52の代表的な平面形状を示したものである。この水晶振動子52は、励振電極が形成される圧電振動部55と、この圧電振動部55を挟む両側面の一端から大きく屈曲して延びる支持腕部58と、この支持腕部58から外側に突出させた一対の基部56とで一体形成される。この実施形態の圧電振動子52においても、前記水晶振動子42と同じように、圧電振動部55を基部56から長く延びた支持腕部58によって支持されているため、抵抗力の減少と共に、等価直列抵抗値を抑えることができる。
【0026】
上記示したようなラーメ振動モードの圧電振動子にあっては、圧電振動部を四隅の節点で支持した構造となっているので、等価直列抵抗値の上昇やQ値の低下を抑えることができる。このため、安定した振動周波数が得られると共に、温度変化等による振動周波数の変動を最小限に抑えた基準振動周波数が得られる。
【0027】
なお、上記実施形態で示した各圧電振動子は、形状が複雑であるため、微細加工が可能なパウダービーム法によって、水晶基板から圧電振動部と支持腕部を打ち抜き加工して形成される。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧電デバイスによれば、リアルタイムクロックモジュール機能を有する圧電デバイスの圧電振動子が輪郭系の振動モードを備えた振動片で構成されているため、温度変化に対する振動周波数の変動を低減化させることができる。このように、基準となる振動周波数を発生させる圧電振動子の周波数変動が少ないことから、半導体回路素子に内蔵されている時計やカレンダー機能を誤差なく正確に起動させることができる。
【0029】
また、前記輪郭系の振動モードを備えた圧電振動子は小型化が可能で比較的高い振動周波数が得られるため、圧電デバイス全体の小型化が図られると共に、様々な周波数で動作する電子機器のクロック源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る圧電デバイスの構成を示す組立斜視図である。
【図2】上記圧電デバイスの断面図である。
【図3】圧電振動子を輪郭すべり振動モードで形成する場合のカット角を示す図である。
【図4】圧電振動子を幅・長さ縦結合振動モードで形成する場合のカット角を示す図である。
【図5】上記圧電デバイスと従来の圧電デバイスの周波数温度特性を比較したグラフである。
【図6】上記圧電デバイスの機能ブロック図である。
【図7】LQ2Tカットによる水晶振動子の平面図である。
【図8】NS−GTカットによる水晶振動子の平面図である。
【図9】従来の圧電デバイスの構成を示す組立斜視図である。
【符号の説明】
21 圧電デバイス
22 圧電振動子
23 半導体回路素子
24 パッケージ
24a 凹部
24b 段部
25 圧電振動部
26a,26b 基部
27 マウント電極
28 支持腕部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric device that is packaged with a piezoelectric vibrator and a semiconductor circuit element that drives and controls the piezoelectric vibrator and is incorporated as a clock source for various electronic devices.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a real-time clock module (piezoelectric device) as disclosed in Patent Document 1 as a device that realizes a clock function and a calendar function of various electronic devices such as computers, OA devices, and communication devices. As shown in FIG. 9, the piezoelectric device 1 includes a piezoelectric vibrator 2 and a semiconductor circuit element 3 that drives and controls the piezoelectric vibrator 2 in the same package 4. For the piezoelectric vibrator 2, a tuning fork type crystal vibrating piece that emits a reference vibration frequency is used. A terminal electrode part 6 is joined to a mount electrode part 7 provided in the package 4 and is cantilevered. The semiconductor circuit element 3 incorporates an oscillation circuit, a frequency dividing circuit, and a control circuit for managing and controlling the date and time, and converts the vibration generated by the piezoelectric vibrator 2 into an electric signal to realize a clock and calendar function. I am letting.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-51719
[Problems to be solved by the invention]
By the way, with the progress of computerization in recent years, it is necessary to perform time management of each electronic device and synchronization between devices with high accuracy. However, the piezoelectric vibrator 2 which is a clock source for operating such an electronic device has a deviation in vibration frequency due to a change in the external environment such as temperature. Therefore, a clock or calendar built in the semiconductor circuit element 3 is used. An error may occur in the function. Such an error is related to a normal temperature deviation that causes a deviation in the vibration frequency at a certain reference temperature and a frequency temperature characteristic in which the vibration frequency changes in accordance with a temperature change. The room temperature deviation can be suppressed to substantially zero by adjusting the weight of the electrode in the manufacturing process of the piezoelectric vibrator 2, but the frequency temperature characteristic depends on the characteristic characteristic of the piezoelectric vibrator 2. It is difficult to adjust later.
[0005]
In order to improve the above problems, there is a piezoelectric device including the piezoelectric vibrator 2 having a thickness-shear vibration mode with good frequency temperature characteristics. However, in order to obtain a vibration frequency of about 2 MHz, the size of the vibration piece becomes large. The package cannot be downsized.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric device that can reduce the deviation of the vibration frequency with respect to changes in the external environment such as temperature and can be miniaturized.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a piezoelectric device according to claim 1 of the present invention is a piezoelectric device including a piezoelectric vibrator, a semiconductor circuit element for driving the piezoelectric vibrator, and a package on which the piezoelectric vibrator is mounted. Is provided with a piezoelectric vibration part having a natural vibration frequency due to a lame vibration of 1 MHz to 4.2 MHz.
[0008]
According to the present invention, since the piezoelectric vibrator is formed by the piezoelectric vibration portion of the lame vibration mode having an excellent frequency temperature characteristic, it is not easily affected by the surrounding temperature change, and the vibration frequency deviation width is suppressed to be small. Can do. Thereby, the signal processing in the driving semiconductor circuit element becomes highly accurate, and the clock and calendar function can be executed more accurately. In addition, according to the piezoelectric vibration portion in the lame vibration mode, a vibration frequency of 1 MHz or more can be obtained according to the design size, and further miniaturization is facilitated.
[0009]
In addition, since the piezoelectric vibration part can be supported on the package via a support arm part that extends long outward from the node, the resistance force against the contour vibration generated in the piezoelectric vibration part can be kept small. For this reason, the equivalent series resistance value can be reduced, and the distortion of the piezoelectric vibrating portion caused by the difference in thermal expansion from the package can be reduced, and a stable vibration frequency can be obtained over a wide temperature range.
[0010]
In addition, since the piezoelectric vibration unit has a natural vibration frequency of 1 MHz to 4.2 MHz, a reference clock frequency of 32.768 kHz can be easily generated by frequency division.
[0011]
The piezoelectric vibrator rotates a Y plate made of an XZ plane of a crystal crystal having a three-dimensional crystal orientation composed of an X axis, a Y axis, and a Z axis around the X axis in a range of −40 ° to −60 °. The lame vibration mode obtained by rotating the Y ′ plate composed of the XZ ′ plane by this rotation in the range of 40 ° to 50 °, or the Y plate in the range of 40 ° to 60 ° opposite to the rotation direction. Any suitable vibration mode can be selected and used from the width / length longitudinally coupled vibration modes obtained by rotating around the X axis.
[0012]
By forming the piezoelectric vibrator in the lame vibration mode or the width / length longitudinally coupled vibration mode, a piezoelectric device with less vibration frequency deviation with respect to temperature change is obtained. In addition, since the piezoelectric vibrator in the vibration mode can obtain a relatively high natural vibration frequency of 1 MHz to 4.2 MHz, various vibration frequencies including a clock frequency of 32.768 kHz are generated. Can do.
[0013]
Further, since the natural vibration frequency can be output directly or after being divided, it is possible to supply a clock source of an external circuit that operates at various frequencies in addition to the application of the clock frequency.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a piezoelectric device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
1 and 2 show a basic configuration of a piezoelectric device 21 according to the present invention. The piezoelectric device 21 includes a piezoelectric vibrator 22 having a contour-type vibration mode and a semiconductor circuit element 23 for driving and controlling the piezoelectric vibrator 22 separately in the upper and lower portions of the same package 24. The package 24 is made of ceramic, and includes a rectangular recess 24a for mounting the semiconductor circuit element 23 at the center, and a step portion 24b for mounting the piezoelectric vibrator 22 on the outer periphery of the recess 24a. . The semiconductor circuit element 23 converts a mechanical vibration of the piezoelectric vibrator 22 into an electrical signal and divides the frequency into a predetermined period, and a memory unit storing a program for realizing a clock and calendar function And a CPU unit that performs overall control.
[0016]
The piezoelectric vibrator 22 includes a pair of base portions 26a that connect a rectangular piezoelectric vibration portion 25 with a lame vibration mode and support arm portions 28 that extend from the four corner nodes (25a to 25d). 26b and is formed in a flat plate shape. As shown in FIG. 3, the piezoelectric vibrator 22 is a quartz crystal having a three-dimensional crystal orientation composed of an X axis (electric axis), a Y axis (mechanical axis), and a Z axis (optical axis). A plane Y plate is rotated around the X axis in the range of −40 ° to −60 °, and the XZ ′ plane (Y ′ plate) obtained by this rotation is flat in the range of 40 ° to 50 °. A cut substrate formed by rotation is used. A typical example of such a cut substrate is an LQ2T cut substrate.
[0017]
The piezoelectric vibrator 22 can also be formed as a width-length longitudinally coupled vibration mode. In the case of such a width / length longitudinally coupled vibration mode, as shown in FIG. 4, the Y plate made of the XZ plane is rotated around the X axis in the range of 40 ° to 60 °. A cut substrate formed by rotating the XZ ′ plane (Y ′ plate) obtained by the rotation in the range of 40 ° to 50 ° is used. A typical example of this cut substrate is an NS-GT cut substrate.
[0018]
In addition, independent excitation electrode patterns are formed on substantially the entire front and back surfaces of the piezoelectric vibration portion 25, and the electrode patterns extend to the base portions 26 a and 26 b through the support arm portions 28. The base portions 26 a and 26 b support the piezoelectric vibrating portion 25 on the package 24 and also serve as terminal electrodes that are electrically connected to the semiconductor circuit element 23. The piezoelectric vibrator 22 has the base portions 26a and 26b mounted on a mount electrode portion 27 provided on a step portion 24b of a package 24 on which a semiconductor circuit element 23 is mounted, and is connected via a conductive adhesive. In this manner, after the mounting of the semiconductor circuit element 23 and the piezoelectric vibrator 22 is finished, the lid 30 is attached to the upper portion of the package 24 and hermetically sealed.
[0019]
In the piezoelectric device 21 of the present embodiment, in order to easily obtain a reference clock frequency of 32.768 kHz or a clock frequency that is an integer multiple thereof, 1.048576 MHz, 2.097152 MHz, or 4.194304 MHz of 1 MHz to 4.2 MHz. A piezoelectric vibrator 22 having a natural vibration frequency is used. Note that the size of this piezoelectric vibrator is about 2300 μm at 1 MHz and about 550 μm at 4.2 MHz, taking Lamé vibration as an example. For this reason, in order to reduce the size of the entire piezoelectric device, it is preferable to select a piezoelectric vibrator having a high natural vibration frequency and to design a circuit so that the frequency division ratio can be set finely.
[0020]
FIG. 5 is a graph comparing frequency temperature characteristics of a conventional tuning fork type piezoelectric vibrator and a piezoelectric vibrator having a contour vibration mode of the present invention. As can be seen from this graph, the piezoelectric vibrator of the present invention has a maximum frequency deviation of −20 ppm as compared to the conventional piezoelectric vibrator that has a maximum frequency deviation of −70 ppm as it deviates from the room temperature of 20 ° C. to 30 ° C. It was possible to reduce it to the extent.
[0021]
Next, the functional configuration of the piezoelectric device 21 of the present invention is shown in FIG. The semiconductor circuit element 23 provided in the piezoelectric device 21 mainly includes an oscillation circuit 31, a frequency dividing circuit 32, and a control circuit 33 that controls a clock and a calendar function. The oscillation circuit 31 drives the piezoelectric vibrator 22 and converts the vibration into an electric signal. The frequency dividing circuit 32 divides the vibration frequency sent from the oscillation circuit 31 to generate a frequency of 32.768 kHz that becomes a reference clock signal. The control circuit 33 activates a clock function and a calendar function by the reference clock signal, and outputs the information from the data input / output unit 34 to an external display circuit unit (not shown) or the like for time setting or calendar display setting. Data can be input and stored.
[0022]
In addition to the above function, the piezoelectric device 21 of the present invention includes a first output terminal 35 that directly outputs the vibration frequency of the piezoelectric vibrator 22 to the outside, and a first frequency that outputs a divided frequency of 32.768 kHz. Two output terminals composed of two output terminals 36 are provided, and can be used as a clock supply source for a plurality of electronic devices. In particular, the first output terminal 35 in the MHz band can be applied as a clock source at startup, and the second output terminal 36 in the kHz band can be applied as a clock source in sleep.
[0023]
Further, the contour vibration mode piezoelectric vibrator can obtain vibration characteristics having no practical problem even if it is not placed in a vacuum state as compared with a tuning fork type piezoelectric vibrator. For this reason, there is no need to strictly define the management of the operation in the sealing process, and there is an advantage that it is difficult to be directly affected by the gas generated from the semiconductor circuit element 23.
[0024]
Next, various forms of piezoelectric vibrators that can be mounted on the piezoelectric device will be described. FIG. 7 shows the shape of an LQ2T-cut crystal resonator 42 having a lame vibration mode. The crystal resonator 42 includes a piezoelectric vibration part 45 having vibration nodes (45a to 45d) at four corners, and a base part 46 that supports the piezoelectric vibration part 45 and serves as a contact point for conduction. It is connected to the nodes 45 a to 45 d via a support arm portion 48 that is bent and extended, and has a structure that supports the piezoelectric vibrating portion 45. Like the crystal resonator 42 of this embodiment, the longer the support arm portion 48 extending from the vibration nodes (45a to 45d) is, the more the resistance is reduced and the effect of suppressing the equivalent series resistance value is obtained. Further, the crystal resonator 42 is formed in the (1, 1) -order lame vibration mode including a pair of excitation electrodes on the front and back surfaces of the piezoelectric vibration portion 45 in consideration of the miniaturization of the entire piezoelectric device. For this reason, when the excitation electrode has a square shape and is designed so as to obtain a vibration frequency of 2.0 MHz, the length of one side of the piezoelectric vibration portion 45 is set to about 1150 μm.
[0025]
Further, the piezoelectric vibrator 52 shown in FIG. 8 shows a typical planar shape of the crystal vibrator 52 in the NS-GT cut having the width-length longitudinally coupled vibration mode. The crystal unit 52 includes a piezoelectric vibrating portion 55 on which an excitation electrode is formed, a support arm portion 58 that is bent and extends greatly from one end of both sides sandwiching the piezoelectric vibrating portion 55, and outward from the support arm portion 58. It is integrally formed with a pair of protruding bases 56. Also in the piezoelectric vibrator 52 of this embodiment, since the piezoelectric vibrating portion 55 is supported by the support arm portion 58 extended from the base portion 56 in the same manner as the quartz crystal vibrator 42, the resistance force is reduced and the equivalent is reduced. Series resistance value can be suppressed.
[0026]
Since the piezoelectric vibrator of the lame vibration mode as shown above has a structure in which the piezoelectric vibration part is supported at the nodes of the four corners, an increase in equivalent series resistance value and a decrease in Q value can be suppressed. . For this reason, a stable vibration frequency can be obtained, and a reference vibration frequency in which fluctuation of the vibration frequency due to a temperature change or the like is minimized can be obtained.
[0027]
Since each piezoelectric vibrator shown in the above embodiment has a complicated shape, it is formed by punching a piezoelectric vibrating portion and a supporting arm portion from a quartz substrate by a powder beam method capable of fine processing.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the piezoelectric device of the present invention, since the piezoelectric vibrator of the piezoelectric device having the real-time clock module function is composed of the resonator element having the contour vibration mode, the vibration frequency with respect to the temperature change Variation can be reduced. As described above, since the frequency variation of the piezoelectric vibrator that generates the reference vibration frequency is small, the timepiece and calendar function built in the semiconductor circuit element can be accurately started without error.
[0029]
In addition, since the piezoelectric vibrator having the contour vibration mode can be downsized and a relatively high vibration frequency can be obtained, the entire piezoelectric device can be downsized, and an electronic device that operates at various frequencies can be used. It can be used as a clock source.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an assembled perspective view showing a configuration of a piezoelectric device according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric device.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cut angle when a piezoelectric vibrator is formed in a contour sliding vibration mode.
FIG. 4 is a diagram showing a cut angle when a piezoelectric vibrator is formed in a width / length longitudinally coupled vibration mode.
FIG. 5 is a graph comparing frequency temperature characteristics of the piezoelectric device and a conventional piezoelectric device.
FIG. 6 is a functional block diagram of the piezoelectric device.
FIG. 7 is a plan view of a crystal resonator by LQ2T cut.
FIG. 8 is a plan view of a crystal resonator by NS-GT cut.
FIG. 9 is an assembled perspective view showing a configuration of a conventional piezoelectric device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Piezoelectric device 22 Piezoelectric vibrator 23 Semiconductor circuit element 24 Package 24a Recessed part 24b Step part 25 Piezoelectric vibration part 26a, 26b Base part 27 Mount electrode 28 Support arm part

Claims (7)

圧電振動子と、その駆動用半導体回路素子と、これらを搭載するパッケージとを備えた圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動子が1MHz〜4.2MHzのラーメ振動による固有振動周波数を有する圧電振動部を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
In a piezoelectric device including a piezoelectric vibrator, a semiconductor circuit element for driving the piezoelectric vibrator, and a package on which these are mounted,
A piezoelectric device, wherein the piezoelectric vibrator includes a piezoelectric vibration unit having a natural vibration frequency by a lame vibration of 1 MHz to 4.2 MHz.
前記圧電振動部が振動の節点を端部に有し、この節点から外方向に長く延びる支持腕部を介してパッケージに支持される請求項1記載の圧電デバイス。2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration portion has a vibration node at an end portion, and is supported by the package via a support arm portion extending long outward from the node. 前記圧電振動子から得られる振動周波数を分周して32.768kHzの基準クロック周波数を出力する請求項1又は2記載の圧電デバイス。3. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the vibration frequency obtained from the piezoelectric vibrator is divided to output a reference clock frequency of 32.768 kHz. X軸、Y軸及びZ軸からなる三次元の結晶方位を有する水晶結晶から所定のカット角で切り出された水晶振動子と、その駆動用半導体回路素子と、これらを搭載するパッケージとを備えた圧電デバイスにおいて、
前記水晶振動子がXZ面からなるY板を−40°〜−60°の範囲でX軸を中心に回転させ、さらに、この回転で得られるXZ’面からなるY’板を40°〜50°の範囲で平面回転させて得られるラーメ振動モードの圧電振動部を備えた圧電デバイス。
A crystal resonator cut out from a crystal crystal having a three-dimensional crystal orientation composed of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis at a predetermined cut angle, a semiconductor circuit element for driving the crystal oscillator, and a package on which these are mounted In piezoelectric devices,
The quartz crystal is rotated by rotating the Y plate made of the XZ plane around the X axis in the range of −40 ° to −60 °, and the Y ′ plate made of the XZ ′ surface obtained by this rotation is made 40 ° to 50 °. A piezoelectric device having a piezoelectric vibration part of a lame vibration mode obtained by rotating a plane within a range of °.
前記水晶振動子がXZ面からなるY板を40°〜60°の範囲でX軸を中心に回転させ、さらに、この回転で得られるXZ’面からなるY’板を40°〜50°の範囲で平面回転させて得られる幅・長さ縦結合振動モードの圧電振動部を備えた請求項4記載の圧電デバイス。The quartz crystal unit rotates the Y plate made of the XZ plane around the X axis in the range of 40 ° to 60 °, and further, the Y ′ plate made of the XZ ′ surface obtained by this rotation has the angle of 40 ° to 50 °. The piezoelectric device according to claim 4, further comprising a piezoelectric vibration portion in a width / length longitudinally coupled vibration mode obtained by rotating the plane in a range. 前記圧電振動部が1.048576MHz,2.097152MHzまたは4.194304MHzのいずれかの固有振動周波数を有する請求項4又は5記載の圧電デバイス。The piezoelectric device according to claim 4 or 5, wherein the piezoelectric vibration section has a natural vibration frequency of 1.048576 MHz, 2.097152 MHz, or 4.194304 MHz. 前記固有振動周波数と、この固有振動周波数を分周して得られる32.768kHzのクロック周波数とを出力する請求項6記載の圧電デバイス。The piezoelectric device according to claim 6, wherein the piezoelectric device outputs the natural vibration frequency and a clock frequency of 32.768 kHz obtained by dividing the natural vibration frequency.
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