JP5831353B2 - Tuning fork type piezoelectric resonator element and tuning fork type piezoelectric vibrator - Google Patents
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
本発明は、電子機器等に用いられる音叉型圧電振動片、およびそれを用いた音叉型水晶振動子に関する。 The present invention relates to a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece used for electronic equipment and the like, and a tuning-fork type crystal resonator using the same.
圧電振動子に代表される圧電振動デバイスは、携帯電話など移動体通信機等に広く用いられている。圧電振動子に用いられる圧電振動片の一つとして音叉型圧電振動片がある。音叉型圧電振動片は、基部と、基部から一方向に伸びる一対の振動脚(以下、脚部と称する)とからなる音叉形状の圧電振動片であり、音叉型圧電振動片を使用した音叉型圧電振動子は、時計のクロック源として広く使用されている。 Piezoelectric vibration devices represented by piezoelectric vibrators are widely used in mobile communication devices such as mobile phones. There is a tuning fork type piezoelectric vibrating piece as one of the piezoelectric vibrating pieces used in the piezoelectric vibrator. The tuning fork-type piezoelectric vibrating piece is a tuning-fork-shaped piezoelectric vibrating piece including a base and a pair of vibrating legs (hereinafter referred to as legs) extending in one direction from the base, and is a tuning fork type using the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece. Piezoelectric vibrators are widely used as clock sources for watches.
例えば、特許文献1に記載の音叉型圧電振動片では、さらに、外部に接合する接合部が、基部の2つの脚部を形成した一端面と対向する他端面から突出形成されている。これら基部の他端面から突出形成された接合部は、基部の他端面から両側面に沿ってT字状に2股に分かれて延出して成形され、それぞれ先端部は、2つの脚部の先端と同じ方向に向いている。 For example, in the tuning fork type piezoelectric vibrating piece described in Patent Document 1, a joint portion to be joined to the outside is further formed so as to protrude from the other end surface facing one end surface on which two leg portions of the base portion are formed. The joints formed so as to protrude from the other end surfaces of the base portions are formed by extending into two T-shapes along both side surfaces from the other end surfaces of the base portions, and the tip portions are the tip ends of the two leg portions. Facing in the same direction.
この音叉型圧電振動子では、その本体筐体がベースと蓋とから構成され、本体筐体の内部には、ベース上に導電性材料により音叉型圧電振動片の接合部の先端部が電気機械的に接合され、この接合された音叉型圧電振動片が本体筐体の内部に気密封止されている。この音叉型圧電振動子によれば、振動漏れ(音響リーク)を防ぐことが可能となる。 In this tuning fork type piezoelectric vibrator, the main body case is composed of a base and a lid. Inside the main body case, the tip of the joint of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is made of an electrically conductive material on the base. The joined tuning fork type piezoelectric vibrating piece is hermetically sealed inside the main body housing. According to this tuning fork type piezoelectric vibrator, vibration leakage (acoustic leakage) can be prevented.
上記したように、特許文献1に記載の音叉型圧電振動子によれば、ベース上に導電性材料により音叉型水晶振動片の接合部の先端部が電気機械的に接合されているので、振動部である脚部から、ベースの接合位置までの引回し電極が長くなり、脚部で生じる振動が伝わり難くなる。しかしながら、その反面、ベースヘの接合位置が接合部の先端部であり、振動部が脚部であり、その基部を介した実質長さが長くなるので、振動の応力や、当該音叉型圧電振動子を外部から衝撃を加えた時の外力に対して耐え難く、基部や接合部で応力や外力を受けて、圧電振動片が割れ易くなる。また、接合部の平面視全長が長くなるので、平面視全長が長い接合部を搭載するためのベースの搭載領域を確保する必要があり、その結果、圧電振動子の本体筐体の小型化の妨げとなる。 As described above, according to the tuning fork type piezoelectric vibrator described in Patent Document 1, the tip of the joint portion of the tuning fork type crystal vibrating piece is electromechanically joined to the base by a conductive material. The lead electrode from the leg portion, which is a portion, to the joining position of the base becomes long, and vibration generated in the leg portion is difficult to be transmitted. However, on the other hand, the joining position to the base is the tip of the joining part, the vibration part is the leg part, and the substantial length through the base part becomes long, so that the vibration stress and the tuning fork type piezoelectric vibrator It is difficult to withstand the external force when an impact is applied from the outside, and the piezoelectric vibrating piece is easily cracked by receiving stress or external force at the base or the joint. In addition, since the total length of the joint in plan view is long, it is necessary to secure a base mounting area for mounting the joint having a long plan view overall length. Hinder.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、音響リークを防ぐとともに、応力や外力に強い小型化に適した音叉型圧電振動片、および音叉型圧電振動子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a tuning fork type piezoelectric vibrating piece and a tuning fork type piezoelectric vibrator that are suitable for miniaturization that is resistant to stress and external force while preventing acoustic leakage. To do.
上記目的を達成するために、音叉型圧電振動片において、圧電振動素板が、水晶からなり振動部である一対の脚部と、前記脚部を突出して設けた基部とから構成され、前記一対の脚部は、前記基部の一端面から突出して並設され、前記一対の脚部の間であって、前記基部の一端面の幅方向における中間位置に叉部が形成され、前記基部には、前記基部の一端面に沿って一対の貫通孔が形成され、前記基部の一端面に対向する他端面側に外部に接合する接合領域を有し、前記一対の貫通孔は、前記一対の脚部の基端部より基部の幅方向の中心線に近接する位置に、互い(相互)の貫通孔が接しない状態で形成され、
前記貫通孔では、前記圧電振動素板の表裏両主面における前記貫通孔の両端部から前記圧電振動素板の内部に向かって前記貫通孔の平面積が次第に小さくなり、かつ、前記貫通孔の壁面が螺旋状に形成され、前記貫通孔の平面視形状を5つ以上の円弧状の稜辺により構成された略正多角形状に形成したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece, the piezoelectric vibrating element plate is composed of a pair of leg portions that are made of quartz and are vibrating portions, and a base portion that protrudes from the leg portions. The leg portions are juxtaposed so as to protrude from one end surface of the base portion, and between the pair of leg portions, a fork portion is formed at an intermediate position in the width direction of the one end surface of the base portion. A pair of through holes are formed along one end surface of the base portion, and a bonding region is formed on the other end surface side facing the one end surface of the base portion, and the pair of through holes are connected to the pair of legs. Formed at a position closer to the center line in the width direction of the base part than the base end part of the part in a state where the mutual (reciprocal) through holes do not contact each other,
In the through hole, the plane area of the through hole gradually decreases from both end portions of the through hole on the front and back main surfaces of the piezoelectric vibration element plate toward the inside of the piezoelectric vibration element plate, and The wall surface is formed in a spiral shape, and the planar view shape of the through-hole is formed in a substantially regular polygonal shape constituted by five or more arc-shaped ridge sides.
本発明によれば、音叉型圧電振動片の小型化を妨げることなく音響リークをより効率的に防ぐことができ、応力や外力に強く、音叉型圧電振動片が割れるなどの不具合が生じるのを防ぐことができる。 According to the present invention, acoustic leakage can be prevented more efficiently without hindering downsizing of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece, which is resistant to stress and external force, and causes problems such as cracking of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece. Can be prevented.
つまり、前記叉部は、前記基部の一端面の幅方向における中間位置に形成され、前記基部には、前記基部の一端面に沿って前記一対の貫通孔が形成され、前記基部の一端面に対向する他端面側に前記接合領域を有し、前記一対の貫通孔は、前記一対の脚部の基端部より基部の幅方向の中心線に近接する位置で、かつ、互い(相互)の貫通孔が接しない状態で形成されているので、当該音叉型圧電振動片を励振させる際に発生した振動のアンバランスから生じる振動漏れ(音響リーク)を抑えることが可能となる。前記接合領域では一対の脚部で生じた一部の振動エネルギの伝播も前記基部に形成された前記貫通孔で断つことができる。 That is, the fork is formed at an intermediate position in the width direction of the one end surface of the base, and the pair of through holes are formed in the base along the one end surface of the base. The joining region is provided on the opposite other end surface side, and the pair of through holes are located closer to the center line in the width direction of the base portion than the base end portions of the pair of leg portions, and mutually (mutually) Since it is formed in a state where the through hole is not in contact, it is possible to suppress vibration leakage (acoustic leakage) caused by vibration imbalance generated when exciting the tuning fork type piezoelectric vibrating piece. In the joint region, the propagation of a part of vibration energy generated by the pair of leg portions can be cut off by the through hole formed in the base portion.
特に、前記貫通孔は、砂時計のように前記圧電振動素板の表裏両主面における前記貫通孔の両端部から前記圧電振動素板の内部に向かって次第に前記貫通孔の平面積が小さく形成され、しかも前記貫通孔の壁面も螺旋状に形成されているので、外部からの応力も貫通孔の螺旋状の壁面に沿って徐々に弱めながら分散させることができ、前記一対の脚部で生じた一部の振動エネルギの伝播も前記貫通孔の螺旋状の壁面に沿って徐々に弱めながら逃がすことができる。 In particular, the through hole is formed such that the flat area of the through hole gradually decreases from both end portions of the through hole on the front and back main surfaces of the piezoelectric vibrating element plate to the inside of the piezoelectric vibrating element plate like an hourglass. Moreover, since the wall surface of the through hole is also formed in a spiral shape, the external stress can be dispersed while gradually weakening along the spiral wall surface of the through hole, and is generated in the pair of legs. A part of vibration energy can be propagated while gradually weakening along the spiral wall surface of the through hole.
また、前記貫通孔の平面視形状を5つ以上の円弧状の稜辺により構成された略正多角形状に形成しているので、貫通孔の開口端部である稜辺と稜辺の接続点である各角部に均一性を持たせることができ、一つの角部が90°以上の鈍角となることで、各角部での応力集中が起こりにくくなり、各角部でのクラックの発生を抑制する。さらに、円弧状の稜辺により構成された略正多角形状であるため、各稜辺に伝わる応力も均等に分散される。結果として貫通孔の開口端部での強度が向上するだけでなく、これら貫通孔の開口端部の構成は壁面に沿って螺旋状に形成された構成と組み合わせることで、相乗的に応力の集中をなくしてさらなるクラックの発生を抑制することができ、振動エネルギの伝播を逃がすのもより一層好ましい。 In addition, since the shape of the through hole in plan view is formed in a substantially regular polygonal shape constituted by five or more arcuate ridges, the connection point between the ridge and the ridge that is the opening end of the through hole Uniformity can be given to each corner, and since one corner becomes an obtuse angle of 90 ° or more, stress concentration at each corner is less likely to occur, and cracks occur at each corner. Suppress. Furthermore, since it is a substantially regular polygonal shape formed by arc-shaped ridges, the stress transmitted to each ridge is also uniformly distributed. As a result, not only the strength at the opening end of the through-hole is improved, but the configuration of the opening end of these through-holes is combined with the configuration formed in a spiral shape along the wall surface to synergistically concentrate stress. It is even more preferable to eliminate the propagation of vibration energy because the generation of further cracks can be suppressed.
以上により、振動漏れ(音響リーク)をより効率的に抑えることが可能となり、外部との前記接合領域として応力や外力に強い構成とすることができる。例えば、当該音叉型圧電振動片を外部に搭載するなど当該音叉型圧電振動片を他の部材に接合したり、当該音叉型圧電振動片に外力がかかったりすることで発振周波数のズレなどが生じる場合があるが、本発明によれば、このような不具合を大きく減じることができる。また、前記接合領域において物理的および電気的な破断が発生するのを抑えることが可能となるので、耐衝撃性などの耐久性を向上させる。 As described above, vibration leakage (acoustic leakage) can be more efficiently suppressed, and the structure that is strong against stress and external force can be used as the joint region with the outside. For example, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is mounted on the outside, such as mounting the tuning fork type piezoelectric vibrating piece, or an external force is applied to the tuning fork type piezoelectric vibrating piece. However, according to the present invention, such a problem can be greatly reduced. In addition, since it is possible to suppress physical and electrical breakage in the joining region, durability such as impact resistance is improved.
また、前記貫通孔の平面視形状が偶数の稜辺の略正多角形状であり、この略正多角形の対向する2つの稜辺が前記脚部の突出方向と直交する方向に配置して形成してもよい。 The through hole has a substantially regular polygonal shape with an even number of ridge sides, and two opposing ridge sides of the substantially regular polygon are arranged in a direction perpendicular to the protruding direction of the leg portion. May be.
この場合、上述の作用効果に加え、落下衝撃などにより、音叉型圧電振動片の脚部に対して撓み変動が生じても、この撓み変動の応力は対向する2つの稜辺のうち、脚部に近接した方の稜辺で支えられることで、応力の集中が生じにくく、この部位でのクラックの発生がさらに抑制される。 In this case, in addition to the above-described effects, even if a bending variation occurs with respect to the leg portion of the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece due to a drop impact or the like, the stress of this bending variation is the leg portion of the two opposing ridge sides. By being supported by the ridge side closer to, stress concentration is less likely to occur, and the generation of cracks at this portion is further suppressed.
また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる音叉型圧電振動子は、本発明にかかる音叉型圧電振動片が、当該音叉型圧電振動子の筺体内部に設けられ気密封止されたことを特徴とする。本発明によれば、上述のように構成された、例えば音叉型圧電振動片の第1の接合領域が筐体内部の保持部に接合された音叉型圧電振動子にも適用でき、上述の音叉型圧電振動片が筐体内部で保持部に接合され気密封止された音叉型圧電振動子として同様の作用効果を有する。 In order to achieve the above object, the tuning fork type piezoelectric vibrator according to the present invention includes the tuning fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention provided inside the casing of the tuning fork type piezoelectric vibrator and hermetically sealed. It is characterized by. The present invention can also be applied to a tuning fork type piezoelectric vibrator configured as described above, for example, in which the first joining region of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is joined to the holding portion inside the housing. The same effect can be obtained as a tuning fork type piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is joined to a holding portion inside a housing and hermetically sealed.
以上のように、本発明によれば、音響リークを防ぐとともに、応力や外力に強い小型化に適した音叉型圧電振動片、および音叉型圧電振動子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a tuning fork-type piezoelectric vibrating piece and a tuning-fork type piezoelectric vibrator that are suitable for miniaturization that is resistant to stress and external force while preventing acoustic leakage.
以下、音叉型水晶振動子を例に挙げて図面とともに説明する。本実施形態で使用される音叉型水晶振動子1は、ベース3と図示しない蓋とが封止部材Hを介して接合されて筐体が構成される。具体的には、上部が開口したベース3の電極パッド32上に音叉型水晶振動片2がメッキバンプなどの金属膜M1を介して接合され、封止部材Hを介してベース3に蓋を接合し、収納部を気密封止した構成となっている(下記参照)。ここで、本実施形態では音叉型水晶振動子1の公称周波数は32.768kHzとなっている。なお、この公称周波数は一例であり、他の周波数にも適用可能である。
Hereinafter, a tuning fork type crystal resonator will be described as an example with reference to the drawings. The tuning fork type crystal resonator 1 used in the present embodiment includes a
ベース3は、例えばセラミック材料やガラス材料、樹脂材料などからなる絶縁体の容器体で構成されている。ベース3は、周囲に堤部30を有し、かつ、上部が開口した断面視凹形状で成形され、ベース3の内部(収納部)には音叉型水晶振動片2を搭載するための段差部31が形成されている。そして、段差部31の上面には、音叉型水晶振動片2を搭載する一対の電極パッド32(図1では一方のみを示す)が形成されている。一対の電極パッド32はベース3の内部に形成された図示しない配線パターンを介してベース3の底面(裏面)に形成されている2つ以上の端子電極33に電気的に接続されている。ベース3の堤部30の天面(周囲)には金属膜層34(封止部材Hの一部を構成)が、天面に沿って周状に形成されている。例えば、ベース3にセラミック材料を用いた場合には、電極パッド32や端子電極33、金属膜層34は、例えば3層の積層体で構成されており、下からタングステン、ニッケル、金の順で積層されている。タングステンはメタライズ技術により、セラミック焼成時に一体的に形成され、ニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。なお、タングステンの層にモリブデンを使用してもよい。
The
図示しない蓋は、例えば金属材料やセラミック材料、ガラス材料などからなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋の下面には封止材(封止部材Hの一部を構成)が形成されている。この蓋はシーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合などの手法により封止材Hを介してベース3に接合されて、蓋とベース3とによる音叉型水晶振動子1の筐体が構成される。
The lid (not shown) is made of, for example, a metal material, a ceramic material, or a glass material, and is formed into a single plate having a rectangular shape in plan view. A sealing material (constituting a part of the sealing member H) is formed on the lower surface of the lid. This lid is joined to the
音叉型水晶振動片2は、圧電振動素板であり、異方性材料の水晶Z板からなる1枚の水晶ウェハ(図示省略)から多数個の音叉型水晶振動片2が一括成形される。この音叉型水晶振動片2の外形成形に関して、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストまたは金属膜を水晶ウェハに形成し、水晶ウェハに形成したレジストまたは金属膜をマスクとして用いて例えばウェットエッチングによって音叉型水晶振動片2が外形成形されている。
The tuning-fork type
音叉型水晶振動片2は、図2、図3に示すように、振動部である一対の第1脚部21および第2脚部22と、外部(本実施形態ではベース3の電極パッド32)と接合する接合部23と、これら第1脚部21,第2脚部22,接合部23を突出して設けた基部25とから構成されている。また、一対の第1脚部21および第2脚部22の間であって、基部25の一端面251の幅方向における中間位置に叉部253が形成されている。音叉型水晶振動片2の表裏両主面(一主面261と他主面262)には、少なくとも一対の励振電極291,292と、一対の励振電極291,292からそれぞれ引き出された引出電極293,294とが形成されている。また、音叉型水晶振動片2の一主面261には、引出電極293,294の導出端部であり、外部に接合される接合部23に形成された接続電極295,296が形成されている。また、引出電極293,294の一部(他端部297,298)は、叉部253(叉部253の近傍を含む)に引き出されている。特に本実施形態では、貫通孔241,242が形成され、貫通孔241,242を用いて引出電極293,294の引き回しを行っている。そのため、叉部253において引出電極293,294の引き回しを行わなくてもよく、引出電極293,294の他端部297,298を、叉部253(叉部253の近傍を含む)に位置することができる。そのため、本実施形態では、叉部253と貫通孔241,242との間に引出電極293,294の引き回しパターンを設計する必要がなく、引出電極293,294の他端部297,298は、叉部253(叉部253の近傍を含む)に接した状態で第1の脚部21の基端部212と第2の脚部22の基端部222との間に引き出されない。そのため、引出電極293,294の他端部297,298が叉部253(叉部253の近傍を含む)に接し、引出電極293,294の形成ズレが生じたとしても断線が発生しない。また、叉部253(叉部253の近傍を含む)に、引出電極293,294の引き回しパターンを設計しないことから、励振電極291,292をより幅広にして大きく形成することができる。その結果、直列共振抵抗値(CI値)を低減させることができる。また、引出電極293,294の引き回しパターンの設計領域を、音叉型水晶振動片2の叉部253(叉部253の近傍を含む)付近に確保する必要がないことから、引出電極293,294の導通を目的として、叉部253と第1の脚部21の基端部212と第2の脚部22の基端部222との素板形状を、テーパ形状やRが大きい円弧形状にする必要がなく、音叉型水晶振動片2の小型化に対応しやすい。このため、音叉型圧電振動片2の基部25の表裏両主面(一主面261と他主面262)に形成される引出電極293,294について断線などが生じ難い、より簡略化された配線パターン設計が容易となり、音叉型圧電振動片2の基部25の小型化が同時に実現できる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the tuning fork type
基部25は、平面視左右対称形状とされ、図2、図3に示すように、振動部(第1脚部21(特に基端部212),第2脚部22(特に基端部222)参照)より幅広に形成されている。また、基部25の他端面252付近が、一端面251から他端面252にかけて幅狭になるように漸次段差形成されている。このため、振動部である第1脚部21および第2脚部22の振動により発生した漏れ振動を他端面252により減衰させることができ、接合部23へ漏れ振動が伝わるのを抑制することができ、音響リーク(振動漏れ)をさらに低減するのに好ましい。なおここでいう漸次幅狭になる構成としては、基部25の平面視全体形状を基準として、基部25の幅寸法が大きい一端面251付近に対して、基部25の幅が狭い、および狭くなる部分のことをいい(以下、この部分を、括れ部255とする)、なお、この括れ部255において基部25の幅が一番狭くなる部分が一端となり、この括れ部255の一端は、基部25の他端面252と接合部23との境界(境界点)であり、図5に示すP3となる。また、括れ部255は、図2,3に示す段差形状に限らずテーパ状や、曲面状としてもよく、またこれらの形状の組み合わせであってもよい。
また、基部25の一端面251において、一端面251に沿って(平行に)一対の貫通孔241,242が並んで形成されている。一対の貫通孔241,242は、後述する一対の脚部21,22の基端部212,222より基部25の幅方向の中心線P(図2参照)に近接する位置で、かつ、互い(相互)の貫通孔241,242が接しない状態で基部25の幅方向の中心線Pに線対称に形成されている。
The
Further, a pair of through
また、一対の貫通孔241,242に関して、後述する第1の接合領域235と脚部21の基端部212の中心とを結ぶ線分をQ1とし、第1の接合領域235と脚部22の基端部222の中心とを結ぶ線分をQ2とした時に、線分Q1,Q2上の位置に、一対の貫通孔241,242が形成されている。このため振動エネルギの伝播もより効率的に断つことができ、振動漏れ(音響リーク)をさらにより一層効率的に抑えることが可能となる。
Further, regarding the pair of through
また、貫通孔241,242は、引出電極293,294の形成領域に形成され、貫通孔241,242の内部には、図示しない導通電極が形成されている。貫通孔241,242の内部に形成された導通電極は、貫通孔241,242の壁面S1のみに形成してもよく、または貫通孔241,242に導通電極を充填した状態で形成してもよい。このような貫通孔241,242の構成により、一主面261に形成された引出電極293,294から他主面262の同極の引出電極293,294へとそれぞれ引き回される。
The through
また、貫通孔241,242の内部の壁面は、図4(a)の平面図に示すように、複数の壁面S1からなり、これら複数の壁面S1により、貫通孔241,242の内部の壁面が螺旋状に形成されている。また、貫通孔241,242では、図4(b)の断面図に示すように、砂時計のように音叉型水晶振動片2の表裏両主面(一主面261と他主面262)における貫通孔241,242の両端部T1,T2から音叉型水晶振動片2の内部T3に向かって次第に(漸次)、貫通孔241,242の平面積(貫通孔241,242の開口径や開口幅に関係する開口面積)が小さくなる。
Further, as shown in the plan view of FIG. 4A, the inner wall surface of the through
また、貫通孔241,242の両端部T1,T2(開口端部)の平面視形状は、図4(a)の平面図に示すように、5つ以上の円弧状の稜辺により構成され、かつ偶数の稜辺である略正多角形状に形成している。具体的には、6つの円弧状の稜辺により構成された略正6角形からなり、6つの稜辺のうち対向する2つの稜辺2411と2412、および2つの稜辺2421と2422が第1脚部21および第2脚部22の突出方向と直交する方向に配置して形成されている。このような貫通孔241,242の構成は、水晶などの異方性のある結晶材料に対して貫通孔241,242をウェットエッチングで形成する際、オーバーエッチングしないようにエッチング液の温度や濃度などを最適に設定するとともに、エッチング時間を最適に管理することで構成することができる。なお、本形態では平面視形状として略正6角形として構成したが、これに限らず略正5角形以上であればよく、略正8角形、略正10角形などであってもよい。
Further, the plan view shape of both end portions T1, T2 (open end portions) of the through
また、図4に示すような貫通孔241,242の形状とすることで、外部からの応力も螺旋状に配された(形成された)複数の壁面S1に沿って徐々に弱めながら分散させることができ、振動部である第1脚部21および第2脚部22の振動により生じた一部の振動エネルギの伝播も貫通孔241,242の螺旋状の壁面S1に沿って徐々に弱めながら逃がすことができる。
Further, by forming the through
また、貫通孔241,242の両端部T1,T2から貫通孔241,242の内部T3に向かって漸次、貫通孔241,242の平面積を小さくすることができるので、貫通孔241,242の表面積を増大させることができ、導通電極の導通状態を安定させることができる。
In addition, since the flat areas of the through
一対の第1脚部21および第2脚部22は、図2,3に示すように、基部25の一端面251から突出して叉部253を介して並設されている。なお、ここでいう叉部253は、一端面251の幅方向の中間位置(中央領域)に設けられ、2つの境界点P1(図5参照)の間の領域のことをいう。これら第1脚部21および第2脚部22の先端部211,221および基端部212,222は、第1脚部21および第2脚部22の他の部位と比べて突出方向に対して直交する方向に幅広に成形されている。このうち、第1脚部21および第2脚部22の先端部211,221の幅広領域を、第1脚部21および第2脚部22の幅広領域という。また、第1脚部21および第2脚部22の先端部211,221それぞれの隅部は曲面形成されている。このように先端部211,221を幅広に成形することで、先端部211,221(先端領域)を有効に利用することができ、音叉型水晶振動片2の小型化に有用であり、低周波数化にも有用である。また、それぞれ先端部211,221の隅部を曲面形成することで、外力を受けた時などに堤部などに接触するのを防止することができる。なお、ここでいう先端部211,221の隅部は、曲面に限らずテーパ状でもよく、曲面とテーパ状の隅部を組み合わせた形状であってもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the pair of
また、一対の第1脚部21および第2脚部22の一主面261と他主面262には、音叉型水晶振動片2の小型化により劣化する直列共振抵抗値(本実施形態ではCI値、以下同様)を改善させるために、溝部27がそれぞれ形成されている。また、音叉型水晶振動片2の外形のうち側面28の一部は一主面261と他主面262に対して傾斜して成形されている。これは、音叉型水晶振動片2を湿式でエッチング成形する際に基板材料の結晶方向(X,Y方向)へのエッチングスピードが異なることに起因している。
In addition, the one
接合部23は、図2,3に示すように、下記する引出電極293,294を外部電極(本発明でいう外部であり、本実施形態ではベース3の電極パッド32,32)と電気機械的に接合するためのものである。具体的に、接合部23は、一対の第1脚部21および第2脚部22が突出した基部25の一端面251と対向する他端面252の幅方向の中間位置(中央領域)から突出形成されている。すなわち、一対の第1脚部21と第2脚部22との間に配された叉部253と正対向する位置に、接合部23が突出形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the joining
特に、本実施形態では、接合部23は、基部25の他端面252に対して平面視垂直方向に突出した他端面252よりも幅狭な短辺部231と、短辺部231の先端部と連なり短辺部231の先端部において平面視直角に折曲されて基部25の幅方向に延出する長辺部232とから構成され、接合部23の先端部233は基部25の幅方向に向いている。すなわち、接合部23は、平面視L字状に成形され、平面視L字状に成形された折曲箇所である折曲部234が短辺部231の先端部に対応する。このように基部25の他端面252よりも短辺部231が幅狭な状態で形成されているので、振動漏れのさらなる抑制の効果が高まる。
In particular, in the present embodiment, the joining
また、接合部23の一主面261には、外部に接合する第1の接合領域235と第2の接合領域236とを有しており、第1の接合領域235は基部25の幅方向の中心線Pに延長線上(接合部23の短辺部231の幅方向における中間位置)で平面視L字状に成形された接合部23の折曲部234の一領域に形成され、第2の接合領域236が平面視L字状に成形された接合部23の先端部233にあたる長辺部232の先端部の一領域に形成されている。そして第1の接合領域235には、後述する第2励振電極292から引出電極294を介して短辺部231の端部(一端部へ)引き出された接続電極296(引出電極294の導出端部)が形成され、第2の接合領域236には、後述する第1励振電極291から引出電極293を介して長辺部232の端部(先端部233)へ引き出された接続電極295(引出電極293の導出端部)が形成されている。
In addition, the
このように構成することで、接合部23の長さを拡大することなく振動漏れ(音響リーク)をより効率的に抑えることが可能となる。特に、接合部23における外部に接合する第1の接合領域235は、音響リークをより効率的に押さえられた折曲部234で一方の極として電気的機械的に接合することができ、接合部23における外部に接合する第2の接合領域236は、音響リークの影響や応力や外力の影響を受けない先端部233で他方の異極として電気的機械的に接合することができる。
With this configuration, vibration leakage (acoustic leakage) can be more efficiently suppressed without increasing the length of the
また、これら接続電極295,296の上面には、接続電極295,296より表面粗さが粗く平面積が小さなメッキバンプとしての金属膜M1(M11,M12)が形成されている。金属膜M1(M11,M12)は、その厚みが例えば5〜20μm程度、直径が50μm程度で平面積が約1962.5μm2の平面視円形状で形成されている。なお、超音波接合後(FCB後)には少なくとも金属膜M1(M11,M12)は面方向に拡がって潰れた状態となり、約半分程度の厚みになる。金属膜M1(M11,M12)の厚みが5μmより小さい場合、音叉型水晶振動片2の接続電極295,296とベース3の電極パッド32,32との隙間が小さくなり、音叉型水晶振動子1の電気的特性に悪影響を生じやすくなる。金属膜M1(M11,M12)の厚みが20μmより大きい場合、音叉型水晶振動片2の傾きや位置ずれの影響が生じやすくなり、接合強度としてもばらつきが生じやすくなる。なお、メッキバンプとしての金属膜M1(M11,M12)の平面視形状は、接続電極などの平面視形状に応じて円形や楕円形などの円形状のものや、長方形や正方形を含む多角形状のものなど自由に構成することができる。
Further, on the upper surfaces of these connection electrodes 295 and 296, metal films M1 (M11 and M12) are formed as plating bumps having a rougher surface roughness and a smaller flat area than the connection electrodes 295 and 296. The metal film M1 (M11, M12) is formed in a circular shape in plan view with a thickness of, for example, about 5 to 20 μm, a diameter of about 50 μm, and a plane area of about 1962.5 μm 2 . After ultrasonic bonding (after FCB), at least the metal film M1 (M11, M12) expands in the surface direction and is crushed, and has a thickness of about half. When the thickness of the metal film M1 (M11, M12) is smaller than 5 μm, the gap between the connection electrodes 295, 296 of the tuning-fork type
接合部23への金属膜M1(M11,M12)の形成に関しては、接合部23の第1の接合領域235と第2の接合領域236に図示しない金属膜の形成部(接続電極295,296より平面積の小さい窓部を有するマスク)をフォトリソグラフィ法により所望の形状(本実施形態では矩形状の窓部)に形成して、金属膜M1(M11,M12)の形成部に金属膜M1(M11,M12)を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。
Regarding the formation of the metal film M1 (M11, M12) at the joint 23, the metal film formation part (connection electrodes 295, 296) (not shown) is formed in the first
また、本実施形態にかかる音叉型水晶振動片2には、異電位で構成された一対の第1励振電極291および第2励振電極292と、これら第1励振電極291および第2励振電極292を電極パッド32,32に電気的に接続させるためにこれら第1励振電極291および第2励振電極292から引き出された引出電極293,294と、その先端部に金属膜M1が形成される接続電極295,296とが一体的に同時形成されている。なお、本実施形態でいう引出電極293,294は、これら一対の第1励振電極291および第2励振電極292から引き出された電極パターンのことをいう。接続電極295,296は、引出電極293,294の先端部分(導出端部)のうち、ベース3との接合部位となる箇所に形成されたものを示している。
In addition, the tuning fork type
また、一対の第1励振電極291および第2励振電極292の一部は、溝部27の内部に形成されている。このため、音叉型水晶振動片2を小型化しても第1脚部21および第2脚部22の振動損失が抑制され、CI値を低く抑えることができる。
A part of the pair of first excitation electrode 291 and
第1励振電極291は、第1脚部21の両主面(一主面261と他主面262)と第2脚部22の両側面28に形成されている。同様に、第2励振電極292は、第2脚部22の両主面(一主面261と他主面262)と第1脚部21の両側面28に形成されている。
The first excitation electrode 291 is formed on both main surfaces (one
上記した音叉型水晶振動片2の第1励振電極291および第2励振電極292や引出電極293,294、接続電極295,296は、金属蒸着によって各第1脚部21および第2脚部22上にクロム(Cr)層が形成され、このクロム層上に金(Au)層が形成されて構成される薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法などの手法により基板全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成されることで、一体的に同時形成される。なお、第1励振電極291,第2励振電極292および引出電極293,294は、クロム(Cr),金(Au)の順に積層して形成されているが、例えば、クロム(Cr),銀(Ag)の順や,クロム(Cr),金(Au),クロム(Cr)の順や,クロム(Cr),銀(Ag),クロム(Cr)の順などであってもよい。
The first excitation electrode 291 and the
また、各第1脚部21,第2脚部22の先端部211,221の一主面261と他主面262とには、上記した第1脚部21,第2脚部22の幅広領域に対してほぼ全面に引出電極293,294がそれぞれ形成されている。これら一主面261の第1脚部21,第2脚部22の幅広領域に形成された引出電極293,294の上面には、レーザービームなどのビーム照射やイオンミーリングなどのイオンエッチングによって金属膜の質量削減を行うことで音叉型水晶振動片2の周波数を調整してなる調整用金属膜(周波数調整用錘)M3が、引出電極293,294に対して若干小さな面積で一体形成されている。
Further, the wide areas of the
上記の調整用金属膜M3は、例えば、各領域(幅広領域)の引出電極293,294に調整用金属膜M3の形成部をフォトリソグラフィ法により所望の形状に形成して、調整用金属膜M3の形成部に調整用金属膜M3を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。これらの金属膜(調整用金属膜M3)をメッキ形成する際には、上記した金属膜M1(M11,M12)と同じ工程で同時に構成すると実用上より望ましい。
In the adjustment metal film M3, for example, the adjustment metal film M3 is formed by forming a formation portion of the adjustment metal film M3 in a desired shape on the
以上のように構成された音叉型水晶振動片2は、圧電振動素板を多数個形成するウェハの状態の際に、各々の音叉型水晶振動片2の周波数を計測した後、各々の音叉型水晶振動片2の調整用金属膜M3をビーム照射などで減少させたり、パーシャル蒸着により増加させたりすることで、周波数の粗調整している。
The tuning-fork type
周波数粗調整が施されてウェハから取り出された個片の音叉型水晶振動片2(圧電振動素板)は、その一主面261側の接続電極295,296の上面に形成された金属膜M1(M11,M12)とベース3の電極パッド32,32とがFCB法により超音波接合され、ベース3に搭載される。
A piece of a tuning fork type crystal vibrating piece 2 (piezoelectric vibrating element plate) that has been subjected to coarse frequency adjustment and taken out of the wafer is a metal film M1 formed on the upper surface of the connection electrodes 295 and 296 on the one
ベース3に搭載された音叉型水晶振動片2は、周波数を再計測した後、音叉型水晶振動片2の調整用金属膜M3をビーム照射やイオンエッチングなどで減少させることで、周波数の微調整する最終の周波数調整を行っている。
The tuning fork type
その後、最終の周波数調整が行われた音叉型水晶振動片2が搭載されたベース3に対して、図示しない蓋を加熱溶融接合などの手法により封止部材Hを介して接合し、音叉型水晶振動片2をベース3と図示しない蓋とで構成された筐体の内部に気密封止する。なお上述の気密封止の手法として、シーム溶接、ビーム溶接、雰囲気加熱などの手法をあげることができる。
Thereafter, a lid (not shown) is joined to the
以上のような構成により、音叉型水晶振動片2の小型化を妨げることなく音響リークをより効率的に防ぐことができ、応力や外力に強く、音叉型水晶振動片2が割れるなどの不具合が生じるのを防ぐことができる。特に、接合部23の長さや面積を拡大することなく音叉型水晶振動片2を励振させる際に発生した振動のアンバランスから生じる振動漏れ(音響リーク)を抑えることが可能となる。音叉型水晶振動片2を励振させる際にも振動のアンバランスが発生しにくい。特に、接合部23の第1の接合領域235では一対の第1脚部21,第2脚部22で生じた一部の振動エネルギの伝播も砂時計のようで、かつ、圧電振動素板内部(音叉型水晶振動片2の内部)の壁面も螺旋状に形成された貫通孔241,242と組み合わさられることでより効率的に断つことができるため、振動漏れ(音響リーク)をより一層効率的に抑えることが可能となり、外部との接合領域として応力や外力に強い構成とすることができる。
With the configuration described above, acoustic leak can be prevented more efficiently without hindering the downsizing of the tuning fork type
また、貫通孔241,242の両端部T1,T2(開口端部)の平面視形状を6つの円弧状の稜辺により構成された正6角形からなり、6つの稜辺のうち対向する2つの稜辺2411と2412、および2つの稜辺2421と2422が第1脚部21および第2脚部22の突出方向と直交する方向に配置して形成している。このため、貫通孔241,242の両端部T1,T2(開口端部)である稜辺と稜辺の接続点である各角部に均一性を持たせることができ、一つの角部が約120°であり90°以上の鈍角となることで、各角部での応力集中が起こりにくくなり、各角部でのクラックの発生を抑制する。さらに、6つの円弧状の稜辺により構成された略正多角形状であるため、各稜辺に伝わる応力も均等に分散される。結果として貫通孔241,242の両端部T1,T2(開口端部)での強度が向上するだけでなく、これら貫通孔241,242の両端部T1,T2(開口端部)の構成は螺旋状の壁面S1と組み合わせることで、相乗的に応力の集中をなくしてさらなるクラックの発生を抑制することができ、振動エネルギの伝播を逃がすのもより一層好ましい。さらに、貫通孔241,242の6つの稜辺のうち対向する2つの稜辺2411と2412、および2つの稜辺2421と2422が第1脚部21および第2脚部22の突出方向と直交する方向に配置して形成されている。このため、音叉型水晶振動片2の第1脚部21および第2脚部22に対して撓み変動が生じても、この撓み変動の応力は対向する2つの稜辺のうち、脚部に近接した方の稜辺2411,2421で支えられることで、応力の集中が生じにくく、この部位でのクラックの発生がさらに抑制される。このクラックの発生は、音叉型水晶振動片2のベース3への搭載後の落下等の衝撃に対してだけでなく、ベース3に音叉型水晶振動片2を搭載する際の影響も減少させることができる。
Moreover, the planar view shape of both ends T1, T2 (opening end) of the through
また、音叉型水晶振動片2の叉部253あたりの稜部や側端面、あるいは叉部253に近接する他の基部25の稜部や側端面を経由して表裏両主面間(一主面261と他主面262)の引出電極293,294を延出する配線構造を必要としないため、断線などが生じにくい電気的な接続性が安定した構成とすることができる。また、引出電極293,294の一部は叉部253に接して一対の脚部(第1脚部21,第2脚部22)の基端部212と基端部222の間を引き出さないようにしているため、音叉型水晶振動片2の基部25の主面に形成される引出電極293,294についても断線などが生じにくいより簡略化された配線パターン設計が容易となるため、音叉型水晶振動片2の基部25の小型化も同時に実現できる。
Further, between the front and back main surfaces (one main surface) via the ridge or side end surface of the tuning fork type
また、接合部23にメッキバンプとしての金属膜M1(M11,M12)を用いることで、より小型化された電極パッド32,32や接続電極295,296に対しても位置ずれやはみ出しが生じることない。安定してベース3上に音叉型水晶振動片2を金属膜M1(M11,M12)により電気機械的に接合することができる。具体的に、メッキバンプとしての金属膜M1(M11,M12)を用いることで、音叉型水晶振動片2を外部(ベース3)に搭載する前に、音叉型水晶振動片2にメッキバンプとしての金属膜M1(M11,M12)を形成することができる。その結果、常に音叉型水晶振動片2の所望の形成位置にメッキバンプとしての金属膜M1(M11,M12)を形成しているので、例えば、音叉型水晶振動片2の外部(ベース3)への搭載位置が所望位置からずれた場合であっても、音叉型水晶振動片2が外部(ベース3)にバンプがずれた状態で搭載されることを防止することができ、安定したベース3への音叉型水晶振動片2の搭載を行うことができる。また接続電極295,296より表面粗さが粗く平面積が小さな金属膜M1(M11,M12)を用いているので、電極パッド32,32に対して金属膜M1(M11,M12)がより安定した状態で熱拡散接合され電気的機械的な接合が安定する。
Further, by using the metal film M1 (M11, M12) as a plating bump for the
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、音叉型水晶振動子などの圧電振動デバイスに適用できる。 The present invention can be applied to a piezoelectric vibration device such as a tuning fork type crystal resonator.
1 音叉型水晶振動子
2 音叉型水晶振動片
21 第1脚部
211 先端部
212 基端部
22 第2脚部
221 先端部
222 基端部
23 接合部
231 短辺部
232 長辺部
233 先端部
234 折曲部
235 第1の接合領域
236 第2の接合領域
241,242 貫通孔
25 基部
251 一端面
252 他端面
253 叉部
254 側面
255 括れ部
261 一主面
262 他主面
27 溝部
28 側面
291,292 励振電極
293,294 引出電極
295,296 接続電極
297,298 引出電極の他端部
3 ベース
30 堤部
31 段差部
32 電極パッド
33 端子電極
34 金属膜層
D1 最短長
D2,D3 長さ
D4 合算最短長
H 封止部材
M1(M11,M12) 金属膜
M3 調整用金属膜
P 基部の中心線
P1 境界点
P2 最短点
Q1,Q2 線分
S1 貫通孔の壁面
T1,T2 貫通孔の両端部
T3 音叉型水晶振動片の内部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tuning fork
Claims (3)
圧電振動素板が、水晶からなり振動部である一対の脚部と、前記脚部を突出して設けた基部とから構成され、
前記一対の脚部は、前記基部の一端面から突出して並設され、前記一対の脚部の間であって、前記基部の一端面の幅方向における中間位置に叉部が形成され、
前記基部には、前記基部の一端面に沿って一対の貫通孔が形成され、前記基部の一端面に対向する他端面側に外部に接合する接合領域を有し、
前記一対の貫通孔は、前記一対の脚部の基端部より基部の幅方向の中心線に近接する位置に、互い(相互)の貫通孔が接しない状態で形成され、
前記貫通孔では、前記圧電振動素板の表裏両主面における前記貫通孔の両端部から前記圧電振動素板の内部に向かって前記貫通孔の平面積が次第に小さくなり、かつ、前記貫通孔の壁面が螺旋状に形成され、前記貫通孔の平面視形状を5つ以上の円弧状の稜辺により構成された略正多角形状に形成したことを特徴とする音叉型圧電振動片。 In tuning fork type piezoelectric vibrating piece,
The piezoelectric vibration element plate is composed of a pair of legs that are made of crystal and are vibrating parts, and a base part that protrudes from the legs,
The pair of leg portions are juxtaposed to protrude from one end surface of the base portion, and between the pair of leg portions, a fork portion is formed at an intermediate position in the width direction of the one end surface of the base portion,
In the base, a pair of through holes are formed along one end surface of the base, and a joining region that joins to the outside is provided on the other end surface facing the one end surface of the base.
The pair of through holes are formed in a state in which the mutual (reciprocal) through holes are not in contact with each other at positions closer to the center line in the width direction of the base than the base ends of the pair of legs.
In the through hole, the plane area of the through hole gradually decreases from both end portions of the through hole on the front and back main surfaces of the piezoelectric vibration element plate toward the inside of the piezoelectric vibration element plate, and A tuning-fork type piezoelectric vibrating piece, wherein a wall surface is formed in a spiral shape, and the shape of the through hole in a plan view is formed in a substantially regular polygonal shape constituted by five or more arcuate ridges.
前記貫通孔の平面視形状が偶数の稜辺の略正多角形状であり、この略正多角形の対向する2つの稜辺が前記脚部の突出方向と直交する方向に配置して形成したことを特徴とする音叉型圧電振動片 In the tuning fork type piezoelectric vibrating piece according to claim 1,
The through hole has a substantially regular polygonal shape with an even number of ridge sides, and two opposing ridge sides of the substantially regular polygon are arranged in a direction perpendicular to the protruding direction of the leg portion. Tuning fork type piezoelectric vibrating piece
特許請求項1、または特許請求項2記載の音叉型圧電振動片が、当該音叉型圧電振動子の筺体内部に設けられ気密封止されたことを特徴とする音叉型圧電振動子。 In tuning fork type piezoelectric vibrator,
A tuning fork type piezoelectric vibrator comprising the tuning fork type piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2 provided inside a housing of the tuning fork type piezoelectric vibrator and hermetically sealed.
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