振动元件、振子、电子装置、电子设备、移动体及振动元件的制造方法转让专利

申请号 : CN201210291072.7

文献号 : CN102957394B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 石井修村上资郎

申请人 : 精工爱普生株式会社

摘要 :

本发明提供振动元件、振子、电子装置、电子设备、移动体及振动元件的制造方法。本发明以基波实现CI值较小,从而抑制了附近的寄生响应的高频的小型压电振动元件。压电振动元件(1)具备:压电基板(10),其具有矩形的振动部(12)、和厚壁部(13);激励电极(25a、25b);引线电极27a、27b)。厚壁部(13)具备第四厚壁部(14)、第三厚壁部(15)、第一厚壁部(16)和第二厚壁部17)。第三厚壁部(15)具备第三倾斜部(15b)和第三厚壁部主体(15a),在第三厚壁部(15)上设置有至少一个狭缝(20)。

权利要求 :

1.一种振动元件,其特征在于,具备AT切割水晶基板,所述AT切割水晶基板以由X轴、Y轴、Z轴构成的直角坐标系中的所述X轴为中心,将使所述Z轴向所述Y轴的-Y方向倾斜而成的轴设定为Z’轴,将使所述Y轴向所述Z轴的+Z方向倾斜而成的轴设定为Y’轴,将与所述X轴和所述Z’轴平行的面设定为主面,且以与所述Y’轴平行的方向为厚度方向,所述AT切割水晶基板包括:振动部,其包括位于所述Y’轴的+Y’方向侧的第一主面以及位于所述Y’轴的-Y’方向侧的第二主面、沿着所述X轴方向的第一外边缘以及第二外边缘与沿着所述Z’轴方向的第三外边缘以及第四外边缘,并且所述振动部进行厚度切变振动;

第一厚壁部,其沿着所述第一外边缘而与所述振动部连接,并具备位于所述+Y’方向侧的第三主面以及位于所述-Y’方向侧的第四主面,且厚度厚于所述振动部;

第二厚壁部,其沿着所述第二外边缘而与所述振动部连接,并具备位于所述+Y’方向侧的第五主面以及位于所述-Y’方向侧的第六主面,且厚度厚于所述振动部;

第三厚壁部,其沿着所述第三外边缘而与所述振动部连接,并具备位于所述+Y’方向侧的第七主面以及位于所述-Y’方向侧的第八主面,且厚度厚于所述振动部,并与所述第一厚壁部以及所述第二厚壁部连接,所述振动部的所述第一主面经由第一倾斜部而与所述第三厚壁部的所述第七主面连接,并且所述振动部的所述第二主面经由第二倾斜部而与所述第三厚壁部的所述第八主面连接,所述第一厚壁部的所述第三主面经由第三倾斜部而与所述振动部的所述第一主面连接,并且与所述振动部的所述第一主面相比向所述+Y’方向突出,所述第一厚壁部的所述第四主面与所述振动部的所述第二主面以成为同一面的方式而连续地被连接,所述第二厚壁部的所述第六主面经由第四倾斜部而与所述振动部的所述第二主面连接,并且与所述振动部的所述第二主面相比向所述-Y’方向突出,所述第二厚壁部的所述第五主面与所述振动部的所述第一主面以成为同一面的方式而连续地被连接,在所述振动部的所述第一主面上设置有第一激励电极,在所述振动部的所述第二主面上,以在俯视观察时与所述第一激励电极重叠的方式而设置有第二激励电极。

2.如权利要求1所述的振动元件,其特征在于,包括第四厚壁部,所述第四厚壁部沿着所述第四外边缘而与所述振动部连接,并具备位于所述+Y’方向侧的第九主面以及位于所述-Y’方向侧的第十主面,且厚度厚于所述振动部,并与所述第一厚壁部以及所述第二厚壁部连接,所述振动部的所述第一主面经由第五倾斜部而与所述第四厚壁部的所述第九主面连接,并且所述振动部的所述第二主面经由第六倾斜部而与所述第四厚壁部的所述第十主面连接。

3.如权利要求1或2所述的振动元件,其特征在于,所述振动部中的被所述第一激励电极和所述第二激励电极夹着的区域在俯视观察时为圆形形状。

4.如权利要求1或2所述的振动元件,其特征在于,所述振动部中的被所述第一激励电极和所述第二激励电极夹着的区域在俯视观察时为椭圆形形状以及长圆形形状中的任一种形状。

5.如权利要求1或2所述的振动元件,其特征在于,在俯视观察时,所述第三外边缘位于与所述第四外边缘相比靠所述X轴的+X方向侧。

6.如权利要求1或2所述的振动元件,其特征在于,在俯视观察时,所述第四外边缘位于与所述第三外边缘相比靠所述X轴的-X方向侧。

7.一种振子,其特征在于,具备:

权利要求1或2所述的振动元件;

对所述振动元件进行收纳的封装件。

8.如权利要求7所述的振子,其特征在于,

所述第三厚壁部被安装在所述封装件的内部。

9.一种电子装置,其特征在于,具备:

权利要求1或2所述的振动元件;

电路。

10.一种电子装置,其特征在于,具备:

权利要求1或2所述的振动元件;

电子部件。

11.一种电子设备,其特征在于,具备:

权利要求1或2所述的振动元件。

12.一种移动体,其特征在于,具备:

权利要求1或2所述的振动元件。

说明书 :

振动元件、振子、电子装置、电子设备、移动体及振动元件的制

造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激励厚度切变振动模式的振子,特别涉及具有所谓的倒台面型结构的振动元件、振子、电子装置、使用了振子的电子设备、使用了振子的移动体、及振动元件的制造方法。

背景技术

[0002] 由于作为振子的一个示例的AT切割水晶振子激励的主振动的振动模式为厚度切变振动,而适用于小型化、高频化,且频率温度特性呈优异的三次曲线,因此在压电振荡器、电子设备等多方面被使用。
[0003] 近些年来,期待AT切割水晶振子的更进一步的高频化,随之而产生了使在AT切割水晶振子中所使用的振动片的振动部进一步变薄的需要。然而,由于振动部变薄,该振动部的强度减弱,从而有可能产生耐冲击特性等的劣化。
[0004] 为了应对该问题,公开了一种例如专利文献1所示这种的所谓的倒台面型结构的AT切割水晶振子,其通过在水晶基板的两个主面即表背面上以对置的方式形成凹陷部(振动部),从而实现了高频化。详细而言,具有下述结构,即,在振动部的X轴方向上设置第三厚壁部,并以隔着振动部的方式而设置有沿着Z轴方向上的外边而从第三厚壁部的两端部延伸出的第一厚壁部、和第二厚壁部。水晶基板使用X长基板,并在确保了被形成在凹陷部内的振动部的平坦性的区域内,设置有激励电极。
[0005] 然而,在形成如上文所述的倒台面型结构的AT切割水晶振子时,一般使用蚀刻加工,但在被设置在Z轴方向上的第一厚壁部和第二厚壁部、与振动部的边界上,会产生蚀刻残渣(也称作“飞边”)。明确了存在下述问题,即,因产生该蚀刻残渣,振动部的有效面积减少,从而主振动的CI值、接近的寄生响应CI值比(=CIs/CIm,在此,CIm为主振动的CI值,CIs为寄生响应的CI值,标准的一个示例为1.8以上)等不满足要求。
[0006] 专利文献1:日本特开2003-264446号公报

发明内容

[0007] 本发明是为了解决所述课题中的至少一部分问题而完成的,其能够作为以下的方式或应用例而实现。
[0008] 应用例1
[0009] 本应用例的振动元件的特征在于,具备基板,所述基板包括:振动部;第一厚壁部,其沿着所述振动部的第一外边缘而与所述振动部一体地设置,且厚度厚于所述振动部;第二厚壁部,其沿着与所述第一外边缘对置的、所述振动部的第二外边缘而与所述振动部一体地设置,且厚度厚于所述振动部,所述第一厚壁部从所述振动部的一侧主面突出地设置,所述第二厚壁部从所述振动部的与一侧主面相对的背侧主面突出地设置。
[0010] 根据该结构的振动元件,第一厚壁部从振动部的一侧主面突出地设置,而且,第二厚壁部从振动部的背侧的主面突出地设置。因此,能够选择未产生蚀刻残渣的一侧的主面,来设置第一厚壁部和第二厚壁部,从而能够增大振动部的有效面积。由此,具有下述效果,即主振动的CI值、接近的寄生响应CI值比(=CIs/CIm,在此,CIm为主振动的CI值,CIs为寄生响应的CI值,标准的一个示例为1.8以上)等提高。而且,由于设置了第一厚壁部和第二厚壁部,因此具有下述效果,即,可获得对振动部的支承较为牢固,从而耐振动、耐冲击等较强的振动元件。
[0011] 应用例2
[0012] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,沿着对所述第一边缘以及所述第二边缘各自的一端部之间进行连结的、所述振动部的第三外边缘,而与所述振动部一体地设置有厚度厚于所述振动部的第三厚壁部。
[0013] 根据该结构,由于沿着振动部的三个外边缘而设置第一厚壁部、第二厚壁部和第三厚壁部,因此具有下述效果,即,可获得对振动部的支承更为牢固,从而耐振动、耐冲击等更强的振动元件。
[0014] 应用例3
[0015] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,沿着对所述第一外边缘以及所述第二外边缘各自的另一端部之间进行连结的、所述振动部的第四外边缘,而与所述振动部一体地设置有厚度厚于所述振动部的第四厚壁部。
[0016] 根据该结构,由于沿着振动部的四个外边缘,换而言之,以包围振动部的方式而设置第一厚壁部、第二厚壁部、第三厚壁部、第四厚壁部,因此具有下述效果,即能够获得对振动部的支承更为牢固,从而耐振动、耐冲击等更强的振动元件。
[0017] 应用例4
[0018] 在上述应用例的任一示例的振动元件中,其特征在于,所述基板为旋转Y切割水晶基板。
[0019] 根据该结构,通过使用以上述的切断角度而切出的水晶基板来构成振动元件,从而具有下述效果,即,能够用更适合的切割角度来构成要求规格的振动元件,且可获得具有符合规格的频率温度特性,且CI值较小从而CI值比较大的高频振动元件。
[0020] 应用例5
[0021] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述第三厚壁部在俯视观察时,以所述振动部为基准而位于+X轴侧。
[0022] 根据该结构,具有下述优点,即,能够构成X轴方向上的尺寸大于Z’轴方向上的尺寸的、所谓的X长的振动元件。
[0023] 应用例6
[0024] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述第四厚壁部在俯视观察时,以所述振动部为基准而位于-X轴侧。
[0025] 根据该结构,具有下述优点,即,能够构成X轴方向上的尺寸大于Z’轴方向上的尺寸的、所谓的X长的振动元件。
[0026] 应用例7
[0027] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述第三厚壁部包括:倾斜部,其厚度随着从与所述振动部连接设置的一侧端缘朝向另一侧端缘离开而增加;厚壁部主体,其与该倾斜部的所述另一侧端缘连接设置。
[0028] 根据该结构,具有下述效果,即,能够将振动位移封闭在振动部内,且振动部的保持变得容易。
[0029] 应用例8
[0030] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,在所述第三厚壁部上设置有至少一个狭缝。
[0031] 根据该结构,由于通过在第三厚壁部上形成至少一个狭缝,能够抑制因粘合和固定引起的应力的扩散,因此具有下述效果,即,可获得频率温度特性、CI温度特性和频率老化特性优异的振动元件。
[0032] 应用例9
[0033] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述狭缝沿着所述倾斜部和所述厚壁部主体的边界部,而被设置在所述厚壁部主体内。
[0034] 根据该结构,由于将狭缝设置在沿着倾斜部和厚壁部主体的边界部的厚壁部主体内,因此能够抑制在粘合并固定压电振动元件时产生的应力的扩散。因此,具有可获得频率温度特性、CI温度特性和频率老化特性优异的压电振动元件的效果。
[0035] 应用例10
[0036] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述狭缝从所述振动部的所述第三外边缘离开而被配置在所述倾斜部内。
[0037] 根据该结构,由于狭缝从振动部的第三外边缘离开而被配置在倾斜部内,因此狭缝的形成较为容易,由于能够抑制在粘合并固定振动元件时产生的应力的扩散,因此具有可获得频率温度特性和CI温度特性优异的振动元件的效果。
[0038] 应用例11
[0039] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述狭缝具备:第一狭缝,其被配置在所述厚壁部主体内;第二狭缝,其从所述振动部的所述第三外边缘离开而被配置在所述倾斜部内。
[0040] 根据该结构,由于在振动部和厚壁部主体之间设置有两个狭缝,因此具有下述效果,即,能够进一步良好地抑制在粘合并固定振动元件时产生的应力的扩散,并且可获得频率再现性、频率温度特性、CI温度特性和频率老化特性优异的振动元件的效果。
[0041] 应用例12
[0042] 在上述应用例的振动元件中,其特征在于,所述第一狭缝沿着所述倾斜部和所述厚壁部主体的所述边界部,而被配置在所述厚壁部主体内。
[0043] 根据该结构,具有下述效果,即,能够抑制在粘合并固定振动元件时产生的应力的扩散,并且可获得频率温度特性和CI温度特性优异的振动元件
[0044] 应用例13
[0045] 本应用例的振子的特征在于,具备上述应用例中任一例的振动元件、和对所述振动元件进行收纳的封装件。
[0046] 根据该结构,由于具有如下的振动元件,即,因设置有第一厚壁部和第二厚壁部,因此对包含振动区域的振动部的支承较为牢固,从而耐振动、耐冲击等较强的振动元件,所以能够提高振子的耐振动性、耐冲击性。此外,由于高频且基波的振子被小型化,且能够抑制因粘合和固定而产生的应力,因此具有下述效果,即,可获得频率再现性、频率温度特性、CI温度特性及频率老化特性优异的振子。而且,还具有下述效果,即,可获得减少了主振动的CI值,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的振子,并且可获得电容比较小的振子。
[0047] 应用例14
[0048] 本应用例的电子装置的特征在于,在所述封装件内具有上述应用例中任一例所述的振动元件、和电子部件。
[0049] 根据本结构,通过根据客户要求来选择电子装置,从而具有下述效果,即,能够有效利用上述应用例的振动元件的特征,并可获得例如频率再现性、频率温度特性和频率老化特性优异,小型且高频(例如,490MHz频带)的电子装置。
[0050] 此外,构成将振动元件和电子部件(例如热敏电阻)收纳在封装件内的电子装置。由于作为感温元件的热敏电阻被配置成非常靠近压电振动元件,因此具有能够较快地对压电振动元件的温度变化进行检测的效果。此外,通过内置电子部件,从而具有能够减轻使用的设备侧的负担的效果。
[0051] 应用例15
[0052] 上述应用例的电子装置的特征在于,所述电子部件为可变电容元件、热敏电阻、电感器和电容器中的至少某一种。
[0053] 根据该结构,当使用可变电容元件、热敏电阻、电感器和电容器中的任一种来构成电子装置(振动装置)时,具有如下效果,即,能够以小型且低成本来实现适合于要求规格的电子装置。
[0054] 应用例16
[0055] 本应用例的电子装置的特征在于,在所述封装件内具有上述应用例中任一例所述的振动元件、和对所述振动元件进行激励的振荡电路。
[0056] 根据该结构,通过根据客户要求来选择电子装置,从而具有下述效果,即,能够有效利用上述应用例的振动元件的特征,并可获得例如频率再现性、频率温度特性和频率老化特性优异,小型且高频(例如,490MHz频带)的电子装置。此外,由于振动装置使用基波的振动元件,因此电容比较小,频率可变幅度扩大。而且,具有可获得S/N比良好的电压控制型振荡器的效果。
[0057] 应用例17
[0058] 本应用例的电子设备的特征在于,具备:上述应用例中任一例所述的振动元件。
[0059] 根据该结构,通过在电子设备中使用上述应用例的振子,从而具有下述效果,即,能够构成具备高频且频率稳定度优异,S/N比良好的基准频率源的电子设备。
[0060] 应用例18
[0061] 本应用例的电子设备的特征在于,具备:上述应用例的电子装置。
[0062] 根据该结构,通过在电子设备中使用上述应用例的电子装置,从而具有下述效果,即,能够构成具备高频且频率稳定度优异,S/N比良好的基准频率源的电子设备。
[0063] 应用例19
[0064] 本应用例的移动体的特征在于,具备:上述应用例中任一例所述的振动元件。
[0065] 根据该结构,由于在移动体中所使用的振动元件为耐振动、耐冲击等较强的振动元件,因此具有能够构成提高了耐振动性、耐冲击性的移动体的效果。此外,具有下述效果,即,能够构成具备高频且频率稳定度优异,S/N比良好的基准频率源的移动体。
[0066] 应用例20
[0067] 本应用例的振动元件的制造方法的特征在于,所述振动元件具备基板,所述基板包括:振动部;第一厚壁部和第二厚壁部,所述第一厚壁部和所述第二厚壁部分别沿着所述振动部的对置的第一外边缘和第二外边缘而与所述振动部一体地设置,并且所述第一厚壁部从所述振动部的一侧主面突出,且厚度厚于所述振动部,所述第二厚壁部从所述振动部的与一侧主面相对的背面的主面突出,且厚度厚于所述振动部,所述振动元件的制造方法包括:准备基板的工序;厚壁部形成工序,通过对所述基板进行蚀刻加工,从而形成所述第一厚壁部和所述第二厚壁部;振动元件外形形成工序,通过对所述基板进行蚀刻加工,从而形成所述振动元件的外形;电极形成工序,在所述振动元件上形成电极。
[0068] 根据该制造方法,能够通过使用简单的加工工序,而制造出上述应用例的振动元件。例如,具有如下效果,即,能够通过在表背主面的任意位置处形成所需的厚壁部,从而简单地制造出对包含振动区域的振动部的支承较为牢固,从而耐振动、耐冲击等较强的振动元件。

附图说明

[0069] 图1(a)~图1(f)为表示第一实施方式的压电振动元件的结构的示意图,图1(a)为俯视图,图1(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图1(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图,图1(d)、图1(e)和图1(f)为从+Z’轴方向观察表示狭缝形状的改变例的Q-Q剖面时的剖视图。
[0070] 图2为说明AT切割水晶基板和结晶轴的关系的图。
[0071] 图3为表示第一实施方式的压电振动元件的改变例的俯视图。
[0072] 图4为表示第一实施方式的压电振动元件的其他改变例的俯视图。
[0073] 图5(a)~图5(c)为表示第二实施方式的压电振动元件的结构的示意图,图5(a)为俯视图,图5(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图5(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0074] 图6(a)~图6(c)为表示第三实施方式的压电振动元件的结构的示意图,图6(a)为俯视图,图6(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图6(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0075] 图7(a)和图7(b)为表示第三实施方式的改变例的结构的俯视图。
[0076] 图8(a)~图8(f)为表示第四实施方式的压电振动元件的结构的示意图,图8(a)为俯视图,图8(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图8(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图,图8(d)、图8(e)和图8(f)为从+Z’轴方向观察表示狭缝形状的改变例的Q-Q剖面时的剖视图。
[0077] 图9(a)为表示引线电极和衬垫电极的结构的俯视图,图9(b)为表示激励电极的结构的俯视图。
[0078] 图10为表示第四实施方式的压电振动元件的改变例的俯视图。
[0079] 图11为表示第四实施方式的压电振动元件的其他改变例的俯视图。
[0080] 图12(a)~图12(c)为表示第五实施方式的压电振动元件的结构的示意图,图12(a)为俯视图,图12(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图12(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0081] 图13(a)~图13(c)为表示第六实施方式的压电振动元件的结构的示意图,图13(a)为俯视图,图13(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图13(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0082] 图14为表示第六实施方式的压电振动元件的改变例的结构的俯视图。
[0083] 图15为表示第四实施方式的压电振动元件的改变例的结构的俯视图。
[0084] 图16为表示压电基板的外形和狭缝的形成工序的制造工序示意图。
[0085] 图17为表示压电振动元件的激励电极和引线电极的形成工序的制造工序示意图。
[0086] 图18为表示压电振动元件的激励电极和引线电极的其他形成工序的制造工序示意图。
[0087] 图19(a)为通过蚀刻而形成的凹陷部的俯视图,图19(b)至图19(e)为说明凹陷部和槽部的X轴方向上的一个剖面的切口(切断面)的图。
[0088] 图20(a)为通过蚀刻而形成的凹陷部的俯视图,图20(b)至图20(e)为说明凹陷部和槽部的Z’轴方向上的一个剖面的切口(切断面)的图。
[0089] 图21(a)为表示第一实施方式的压电振动元件的结构的立体图,图21(b)为从-Z’轴方向观察图1中的Q-Q剖面时的剖视图。
[0090] 图22为表示第一实施方式的压电振动元件的改变例的图,且为从-Z’轴方向观察图1中的Q-Q剖面时的剖视图。
[0091] 图23(a)和图23(b)为表示压电振子的结构的图,图23(a)为纵剖视图,图23(b)为去除盖部后的俯视图。
[0092] 图24为表示压电振子的改变例的结构的纵剖视图。
[0093] 图25为电子装置(压电装置)的纵剖视图。
[0094] 图26(a)为电子装置(压电装置)的纵剖视图,图26(b)为电子装置(压电装置)的俯视图。
[0095] 图27为电子装置的改变例的纵剖视图。
[0096] 图28为电子设备的模式图。
[0097] 图29为表示作为电子设备的一个示例的便携型个人计算机的结构的立体图。
[0098] 图30为表示作为电子设备的一个示例的移动电话的结构的立体图。
[0099] 图31为表示作为电子设备的一个示例的数码照相机的结构的立体图。
[0100] 图32为表示作为移动体的一个示例的汽车的结构的立体图。
[0101] 图33(a)~图33(c)为压电基板的改变例的立体图。
[0102] 图34(a)~图34(c)为压电基板的改变例的立体图。
[0103] 图35(a)~图35(c)为压电振动元件的改变例,图35(a)为俯视图,图35(b)为主要部位的放大图,图35(c)为主要部位的剖视图。

具体实施方式

[0104] 以下,根据附图,详细说明本发明的实施方式。
[0105] 振动元件的第一实施方式
[0106] 图1(a)~图1(f)为表示本发明的振动元件的一个实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图,图1(a)为俯视图,图1(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图1(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图,图1(d)、图1(e)和图1(f)为从+Z’轴方向观察表示狭缝形状的改变例的Q-Q剖面时的剖视图。
[0107] 压电振动元件1具备:作为基板的压电基板10,其具有包括薄壁的振动区域在内的薄壁平板状的振动部12(以下,称作振动部12)、以及与振动部12连接设置的厚壁部13;激励电极25a、25b,其以分别对置的方式被形成在振动部12的两个主面上;引线电极27a、27b,其从激励电极25a、25b分别延长并形成在厚壁部13上;衬垫电极29a、29b,其与引线电极27a、27b各自的末端相连接。
[0108] 在此,两主面是指将一侧主面(也称作表面)和与一侧主面相对的背侧的主面(也称作背面或者另一侧主面)合在一起的称谓。此外,振动区域是指振动能量被封闭的区域、即振动能量几乎为零的区域的内侧,并且X轴方向上的振动区域的尺寸和Z’轴方向上的振动区域的尺寸之比如众所周知这样,为1.26:1。此外,振动部12是指包含振动区域和其边缘部在内的薄壁部分。
[0109] 压电基板10为矩形,且具备振动部12和厚壁部13,所述厚壁部13为沿着振动部12的边缘(外边缘)的四条边而与振动部12一体地设置的四方形的环状,而且,厚度厚于振动部12。换而言之,厚壁部13以从振动部12的两主面中的任一主面突出设置的方式而被设置。
[0110] 厚壁部13具备第一厚壁部16、第二厚壁部17、第三厚壁部15和第四厚壁部14。
[0111] 第一厚壁部16和第二厚壁部17分别沿着作为第一外边缘的边12c、和作为第二外边缘的边12d而设置,所述边12c和所述边12d隔着振动部12而对置。第四厚壁部14和第三厚壁部15分别沿着作为第四外边缘的边12a和作为第三外边缘的边12b而设置,所述边12a和所述边12b隔着振动部12而对置。
[0112] 两组对置的边12c、12d和边12a、12b以隔着振动部12相互大致平行的方式而配置。
[0113] 第四厚壁部14沿着位于第一厚壁部16与第二厚壁部17各自的另一端部之间的、振动部12的边12a而连接设置,并分别被突出设置在两主面侧。即,第四厚壁部14被形成在振动部12的-X轴侧。此外,第四厚壁部14具备:第四倾斜部14b,其厚度随着从与振动部12的边12a连接设置的一侧端缘朝向-X轴侧的另一侧端缘离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第四厚壁部主体14a,其与第四倾斜部14b的另一侧端缘连接设置。也就是说,如图1(c)所示,第四厚壁部14以突出设置的方式而形成在振动部12的两主面(表面和背面)上。
[0114] 同样,第三厚壁部15沿着位于第一厚壁部16和第二厚壁部17各自的一端部之间的、振动部12的边12b而连接设置,并分别被突出设置在两主面侧。即,第三厚壁部15被形成在振动部12的+X轴侧。此外,第三厚壁部15具备:第三倾斜部15b,其厚度随着从与振动部12的边12b连接设置的一侧端缘朝向+X轴侧的另一侧端缘离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第三厚壁部主体15a,其与第三倾斜部15b的另一侧端缘连接设置。也就是说,如图1(c)所示,第三厚壁部15以突出设置的方式被形成在振动部12的两主面(表面和背面)上。
[0115] 并且,厚壁部主体(第四厚壁部主体14a、和第三厚壁部主体15a)是指与Y’轴大致平行的厚度为固定的区域。
[0116] 第一厚壁部16沿着振动部12的边12c而从一侧主面突出地设置。即,第一厚壁部16在表面侧被形成在振动部12的+Z’轴侧。此外,第一厚壁部16具备:第一倾斜部16b,其厚度随着与振动部12的边12c连接设置的一侧端缘朝向+Z’轴侧的另一侧端缘离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第一厚壁部主体16a,其与第一倾斜部16b的另一侧端缘连接设置。也就是说,第一厚壁部16的一侧主面以从振动部12的一侧主面(表面)突出设置的方式而形成。而且,第一厚壁部16的另一侧主面与振动部12的另一侧主面(与一侧主面相对的背侧的主面)连续地连接,并被构成为同一平面。并且,对于在振动区域内具有台面上的突出的能量封闭区域的情况,也只需使振动区域的边缘部的主面与第一厚壁部16的另一侧主面连续地连接,并构成为同一平面即可。
[0117] 虽然在本实施方式中,优选为,第一厚壁部16的所述另一侧主面与振动部12的所述另一侧主面连续地连接,并被构成为同一平面,但第一厚壁部16的所述另一侧主面也可以以残渣对振动部12的影响较小、即对振动部12的振动区域的有效面积不会造成影响的程度,从振动部12的所述另一侧主面稍微突出。
[0118] 第二厚壁部17沿着振动部12的边12d而从与一侧主面相对的背侧的主面突出地设置。即,第二厚壁部17在背面侧被形成在振动部12的-Z’轴侧。此外,第二厚壁部17具备:第二倾斜部17b,其厚度随着与振动部12的边12d连接设置的一侧端缘朝向-Z’轴侧的另一侧端缘离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第二厚壁部主体17a,其与第二倾斜部17b的另一侧端缘连接设置。也就是说,第二厚壁部17的一侧主面以从振动部12的另一侧主面(背面)突出设置的方式而形成,第二厚壁部17在振动部12的背面侧对第四厚壁部14与第三厚壁部15的另一端部之间进行连接。而且,第二厚壁部17的另一侧主面与振动部12的一侧主面连续地连接,并被构成为同一平面。并且,关于在振动区域内具有台面上的突出的能量封闭区域的情况,也只需使振动区域的边缘部的主面与第二厚壁部17的另一侧主面连续地连接,并构成为同一平面即可。
[0119] 虽然在本实施方式中,优选为,第二厚壁部17的所述另一侧主面与振动部12的所述另一侧主面连续地连接,并被构成为同一平面,但第二厚壁部17的所述另一侧主面也可以以残渣对振动部12的影响较小、即对振动部12的振动区域的有效面积不会造成影响程度,从振动部12的所述另一侧主面稍微突出。
[0120] 如图1(b)所示,第一厚壁部16和第二厚壁部17具有相对于振动部12的中心点对称的关系。此外,第四厚壁部主体14a和第三厚壁部主体15a各自的一面(表面)、与第一厚壁部主体16a的一面(表面)位于同一平面上,第四厚壁部主体14a和第三厚壁部主体15a各自的另一面(背面)、与第二厚壁部主体17a的面(背面)位于同一平面上。而且,第一厚壁部16、第二厚壁部17、第三厚壁部15、第四厚壁部14各自的端部相连结,而形成四方环状,并将振动部12保持在其中央部处。
[0121] 大致四方形的振动部12的边缘的四条边被第一厚壁部16、第二厚壁部17、第三厚壁部15、第四厚壁部14包围。也就是说,从矩形平板状的压电基板10的两主面进行蚀刻,而在两主面上形成相对置的两个凹陷部,并且为了实现小型化而切除不需要的部分,从而形成薄壁的振动部12。
[0122] 此外,压电基板10在第三厚壁部15上贯穿形成有至少一个应力缓和用的狭缝20。在图1(a)~图1(f)所示实施方式中,狭缝20沿着从振动部12的边12b离开的、第三倾斜部
15b与第三厚壁部主体15a的边界部(连接部),而被形成在第三厚壁部主体15a的面内。
[0123] 如此,由于离开振动部12的边12b而配置狭缝20,因此狭缝的形成较为容易。而且,由于靠近第三厚壁部主体15a的所述边界部(连接部)而配置狭缝20,因此能够较大地确保第三厚壁部主体15a的被支承部(衬垫电极)29a的面积,从而能够扩大涂布的导电性粘合剂的直径。与此相对,如果狭缝20靠近第三厚壁部主体15a的被支承部(衬垫电极)29a而配置,则被支承部(衬垫电极)29a的面积变窄,从而必须减小导电性粘合剂的直径。其结果为,存在下述可能,即导电性粘合剂内所包含的导电填充物的绝对量也减少,导电性恶化,从而压电振动元件1的共振频率不稳定,而容易产生频率变动(通称F跳跃)。
[0124] 因此,优选为,狭缝20靠近第三厚壁部主体15a的所述边界部(连接部)而配置。
[0125] 并且,狭缝20并不局限于如图1(c)所示的被贯穿形成的狭缝,也可以是具有底部的槽状的狭缝。对槽状狭缝进行详细介绍,例如,如图1(d)所示,也可以由从第三厚壁部15的背面侧而形成且具有底部的第一狭缝20a’、和从第三厚壁部15的表面侧而形成且具有底部的第二狭缝20b’这种的、分别被设置在表背两面上的狭缝构成。此外,如图1(e)所示,也可以由从第三厚壁部主体15的背面侧而形成且具有底部的第三狭缝20c’构成。此外,如图1(f)所示,也可以由从第三厚壁部15的表面侧而形成且具有底部的第四狭缝20d’构成。
[0126] 此外,本发明所涉及的狭缝在俯视观察时被第三厚壁部15包围,当如图1(d)~图1(f)所示的狭缝为有底的槽时,狭缝的底部的厚度既可以厚于振动部的厚度,反之,也可以薄于振动部的厚度。
[0127] 在此说明的狭缝20的形状也能够应用于以下说明的其他实施方式、改变例和应用例中。
[0128] 作为压电基板10的一个示例,采用如下的旋转Y切割水晶基板,水晶等的压电材料属于三方晶系,如图2所示,以由X轴(电轴)、Y轴(机械轴)、Z轴(光学轴)构成的直角坐标系中的X轴为中心,将使Z轴向Y轴的-Y轴方向倾斜而成的轴设定为Z’轴,将使Y轴向Z轴的+Z轴方向倾斜而成的轴设定为Y’轴,所述旋转Y切割水晶基板由与X轴和Z’轴平行的面构成,且以与Y’轴平行的方向为厚度方向。在本实施方式中,使用作为旋转Y切割水晶基板的一个示例的AT切割水晶基板而进行说明。
[0129] AT切割水晶基板为,如图2所示这样沿着使XZ面绕X轴旋转角度θ而成的平面,从水晶中切出的平板。在AT切割水晶基板的情况下,θ为大致35°15′。并且,使Y轴和Z轴也绕X轴旋转θ,而分别形成为Y’轴和Z’轴。因此,AT切割水晶基板具有正交的结晶轴X、Y’、Z’。AT切割水晶基板中,厚度方向为Y’轴,与Y’轴正交的XZ’面(包含X轴和Z’轴的面)为主面,厚度切变振动作为主振动而被激励。
[0130] 并且,本发明所涉及的压电基板并不局限于所述角度θ为35°15′的AT切割,当然也可以广泛应用于对厚度切变振动进行激励的BT切割等的压电基板。
[0131] 如图1(a)所示,压电基板10以与Y’轴平行的方向(以下,称作“Y’轴方向”)为厚度方向,并具有矩形形状,该矩形以与X轴平行的方向(以下,称作“X轴方向”)为长边,以与Z’轴平行的方向(以下,称作“Z’轴方向”)为短边。
[0132] 对压电基板10进行驱动的激励电极25a、25b在图1(a)~图1(f)所示实施方式中为四方形形状,并在振动部12的大致中央部的表背两面上对置形成。如图1(b)所示,背面侧的激励电极25b的面积,相对于表面侧的激励电极25a的面积被设定得足够大。其原因在于,为了不使因激励电极的质量效应导致的能量封闭系数大到所需值以上。也就是说,通过充分增大背面侧的激励电极25b的面积,从而板后退(plate back)量Δ(=(fs-fe)/fs,在此,fs为压电基板的截止频率,fe为将激励电极附着在压电基板整个面上的情况下的频率)仅依赖于表面侧的激励电极25a的质量效应。
[0133] 激励电极25a、25b使用蒸镀装置或阴极真空喷镀装置等,将镍(Ni)成膜为基底,再在其上重叠金(Au)并进行成膜。金(Au)的厚度优选在欧姆损耗不会变大的范围内,且仅将主振动作为封闭模式(S0),而不将斜对称非谐模式(A0、A1…)和对称非谐模式(S1、S3…)作为封闭模式。然而,例如,在490MHz频带的压电振动元件中,当以避免电极膜厚的欧姆损耗的方式成膜时,低阶的非谐模式在某种程度上被封闭是不可避免的。
[0134] 形成在表面侧的激励电极25a通过引线电极27a而与被形成在第三厚壁部主体15a的表面上的衬垫电极29a导通连接,所述引线电极27a从振动部12上起,经由第一倾斜部16b和第一厚壁部主体16a的表面上,而形成至第三厚壁部主体15a的表面。此外,形成在背面侧的激励电极25b通过引线电极27b而与被形成在第三厚壁部主体15a的背面上的衬垫电极29b导通连接,所述引线电极27b从振动部12上起,经由第二倾斜部17b和第二厚壁部主体
17a的表面上,而形成至第三厚壁部主体15a的背面。
[0135] 图1(a)所示的实施方式为引线电极27a、27b的引出结构的一个示例,引线电极27a也可以经由其他支承部。但是,引线电极27a、27b的长度优选为最短,且优选通过考虑到引线电极27a、27b彼此不交叉,从而抑制静电电容的增加。静电电容的增加将使压电振动元件1的电容比γ(并联电容(静电电容)C0相对于串联电容(动态电电容)C1的比值)恶化。
[0136] 此外,在图1(a)~图1(f)的实施方式中,例示了以在压电基板10的表背两面接近的方式而分别形成衬垫电极29a、29b的示例。当将压电振动元件1收纳在封装件内时,将压电振动元件1翻过来,对衬垫电极29a进行固定,并用接合线对衬垫电极29b和封装件的电极端子进行连接。当像这样支承部位为一个点时,则能够减少因导电性粘合剂而产生的应力。
[0137] 此外,也可以以隔开与上述示例相比较大的间隔的方式来形成压电振动元件1的衬垫电极29a、29b。
[0138] 在振动部12、和作为压电振动元件1的被支承部的衬垫电极29a、29b之间设置狭缝20的理由为,防止在导电性粘合剂固化时产生的应力扩散。
[0139] 即,在利用导电性粘合剂而将压电振动元件1的衬垫电极29a、29b支承在封装件内时,首先,将导电性粘合剂涂布在第三厚壁部主体15a的被支承部(衬垫电极)29a上,然后将其翻转并载置在封装件等的元件搭载衬垫上,并稍微进行按压。为了使导电性粘合剂固化,而在高温的炉内保持预定的时间。由于在高温状态下,第三厚壁部主体15a和封装件一起膨胀,粘合剂也暂时软化,因此在被支承部(衬垫电极)29a上不产生应力。在导电性粘合剂固化后,在第三厚壁部主体15a和封装件冷却,且其温度返回至常温(25℃)时,由于导电性粘合剂、封装件和第三厚壁部主体15a的各自线膨胀系数的差异,由固化后的导电性粘合剂产生的应力将被传播到被支承部(衬垫电极)29a,而且从第三厚壁部主体15a向第四厚壁部14及第一厚壁部16、振动部12扩散。为了防止该应力的扩散,而设置应力缓和用的狭缝20。
[0140] 狭缝20的形成部位和压电基板10上产生的应力(∝变形)分布的关系,一般通过使用了有限元法的模拟而进行解析。振动部12中的应力越小,越可获得频率温度特性、频率再现性、频率老化特性优异的压电振动元件。
[0141] 虽然作为导电性粘合剂,存在硅酮类、环氧类、聚酰亚胺类、双马来酰亚胺类等,但考虑到由压电振动元件1的脱气导致的频率随时间变化,而使用聚酰亚胺类的导电性粘合剂。由于聚酰亚胺类的导电性粘合剂较硬,因此与在两个分开的部位支承压电振动元件1相比,在一个部位支承压电振动元件1的方式,能够降低所产生的应力的大小。目标为490MHz频带的电压控制型压电振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator:VCXO)用的压电振动元件1使用了一处支承。
[0142] 也就是说,将导电性粘合剂涂布在衬垫电极29a上,然后翻转衬垫电极29a并将其载置在用于进行收纳的封装件的元件搭载衬垫上,进行干燥,固定并连接,使用接合线而与另一个衬垫电极29b导通并连接。如图1(a)所示,由于衬垫电极29a和衬垫电极29b大致对置地形成,因此构成一处支承。
[0143] 图1(a)~图1(f)所示压电基板10,X轴方向上的长度长于Z’轴方向上的长度,即形成所谓的X长。这是因为,众所周知,当对将力施加在AT切割水晶基板的X轴方向上的两端时的频率变化、和将相同的力施加在Z’轴方向上的两端上时的频率变化进行比较时,将力施加在Z’轴方向上的两端时,频率变化更小。也就是说,支承点沿着Z’轴方向而设置时由应力导致的频率变化更小,因此,作为压电振动元件而优选如此设置。
[0144] 此外,在图1(a)~图1(f)所示的实施方式中,虽然薄壁的振动部12为矩形,但薄壁的振动部12的、相当于与第一厚壁部16连接的边12c的两端部的两个角部也可以被倒角。
[0145] 在图1(a)~图1(f)的实施方式中,虽然作为激励电极25a、25b的形状,例示了四方形、即正方形或矩形(X轴方向为长边)的示例,但本发明的压电振动元件1所使用的激励电极并不局限于此。
[0146] 在图3所示实施方式中,图中表面侧的激励电极25a为圆形,图中背面侧的激励电极25b为与激励电极25a相比充分大的四方形。并且,背面侧的激励电极25b也可以为足够大的圆形。
[0147] 在图4所示的实施方式中,图中表面侧的激励电极25a为椭圆形,图中背面侧的激励电极25b为面积充分大于激励电极25a的四方形。因弹性常数的各向异性,X轴方向上的位移分布和Z’轴方向的位移分布不同,用与X-Z’平面平行的面剖切位移分布后的剖面为椭圆形。因此,在使用椭圆形的激励电极25a的情况下,能够最高效率地驱动压电振动元件1。即,能够使压电振动元件1的电容比γ(=C0/C1,在此,C0为静电电容,C1为串联共振电容)最小。
[0148] 此外,激励电极25a也可以为长圆形。
[0149] 振动元件的第二实施方式
[0150] 图5(a)~图5(c)为表示振动元件的第二实施方式所涉及的压电振动元件2的结构的示意图,图5(a)为压电振动元件2的俯视图,图5(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图5(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0151] 压电振动元件2与图1(a)~图1(f)所示压电振动元件1的不同之处在于,设置应力缓和用狭缝20的位置。在本实施方式中,狭缝20被形成在从薄壁的振动部12的边12b离开的第三倾斜部15b内。并不是如压电振动元件1那样,沿着振动部12的边12b,以狭缝20的一侧端缘与边12b相接的方式,将狭缝20形成在第三倾斜部15b内,而是以从第三倾斜部15b的两个端缘离开的方式来设置狭缝20。也就是说,在第三倾斜部15b内,残留有与振动部12的边12b的端缘连接的极细的倾斜部15b’。换言之,在边12b和狭缝20之间形成有极细的倾斜部
15b’。
[0152] 残留极细的倾斜部15b’的理由如下。即,当在振动部12内形成激励电极25a、25b,并施加高频电压以对振动部12进行激励时,除主振动(S0)之外,非谐模式(A0、S1、A1、S2、…)也被激励。优选为,仅将主振动(S0)模式设为封闭模式,而其他非谐模式成为传播模式(非封闭模式)。但是,在振动部12较薄,其基波频率为几百MHz时,为了避免电极膜的欧姆损耗,需要将激励电极25a、25b的膜厚形成为预定厚度以上。因此,板后退量增大,接近主振动的非谐模式成为能量封闭模式。为了抑制该低阶的非谐模式的振幅的大小(与CI值成比例),只需能避免非谐模式的驻波成立的条件即可。也就是说,图5(a)~图5(c)中的振动部12的Z’轴方向上的两端缘的形状如图5(b)所示这样,相对于振动部12的重心点对称,而且,X轴方向上的两端缘的形状由于残留有极细的倾斜部15b’而呈非对称,从而能够抑制低阶的非谐模式的驻波的振幅。
[0153] 振动元件的第三实施方式
[0154] 图6(a)~图6(c)为表示振动元件的第三实施方式所涉及的压电振动元件3的结构的示意图,图6(a)为压电振动元件3的俯视图,图6(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图6(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0155] 压电振动元件3与图1(a)~图1(f)所示的压电振动元件1的不同之处为,在第三厚壁部15上并排设置两个应力缓和用狭缝20a、20b。即,在第三厚壁部主体15a的面内设置有第一狭缝20a,且在第三倾斜部15b的面内形成有第二狭缝20b。
[0156] 通过分别在第三厚壁部主体15a的面内和第三倾斜部15b的面内形成单独的狭缝,能够进一步抑制在粘合并固定压电振动元件3时所产生的应力的扩散,从而可获得频率再现性、频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性优异的压电振动元件3。
[0157] 可以不像图6(a)所示的俯视图这样,将第一狭缝20a和第二狭缝20b在X轴方向上并排设置,而是如图7(a)的俯视图所示这样,以在Z’轴方向上相互离开的方式错开配置。设置有两个狭缝20a、20b的压电振动元件3更能够提高抑制因导电性粘合剂而产生的应力扩散至振动部12的效果。此外,图7(b)所示的改变例的结构为,将图1(a)~图1(f)、图6(a)~图6(c)所示的狭缝20、20a、20b的效果合并在一起的压电振动元件3,狭缝20被构成为,跨越第三倾斜部15b和第三厚壁部主体15a。
[0158] 振动元件的第四实施方式
[0159] 图8(a)~图8(f)为表示振动元件的第四实施方式所涉及的压电振动元件4的结构的示意图。图8(a)为压电振动元件4的俯视图,图8(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图8(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0160] 压电振动元件4具备:压电基板10,其具有矩形且包含薄壁的振动区域在内的振动部12、以及与振动部12一体化且厚度厚于振动部12的厚壁部13;激励电极25a、25b,其分别被配置在振动部12的表面和背面(两主面)上;引线电极27a、27b,其从各个激励电极25a、25b分别朝向被设置在厚壁部13上的衬垫电极29a、29b延伸设置。
[0161] 厚壁部13具备:第三厚壁部15,其沿着振动部12的边12a而连接设置,且分别在两主面侧突出设置(突出);第一厚壁部16,其沿着与振动部12的边12a的一端部连续的边12b而连接设置,且在振动部12的一侧主面侧(表面侧)与第三厚壁部15的一端部连接设置。而且,厚壁部13具备第二厚壁部17,所述第二厚壁部17沿着与振动部12的边12a的另一端部连续的边12c而连接设置,且在振动部12的另一侧主面侧(背面侧),与第三厚壁部15的另一端部连接设置。也就是说,压电基板10具备沿着振动部12的三条边12a、12b、12c而一体化的厚壁的厚壁部13(第一厚壁部16、第二厚壁部17、第三厚壁部15)。第一厚壁部16和第二厚壁部17以相对于振动部12的重心点对称的方式而被配置。所述两条边12b、12c相互对置,并以隔着振动部12而大致平行的方式配置。
[0162] 第一厚壁部16的一侧主面以从振动部12的一侧主面(表面)突出设置的方式而形成。而且,第一厚壁部16的另一侧主面与振动部12的另一侧主面连续地连接,并被构成为同一平面。
[0163] 第二厚壁部17的一侧主面以从振动部12的另一侧主面(背面)突出设置的方式而形成。而且,第二厚壁部17的另一侧主面与振动部12的一侧主面连续地连接,并被构成为同一平面。
[0164] 并且,关于在振动区域具有台面状的突出的能量封闭区域的情况,也只需使振动区域的边缘部的主面与第二厚壁部17的另一侧主面连续地连接,并构成为同一平面即可。
[0165] 第三厚壁部15具备:第三倾斜部15b,其与振动部12的边12a连接设置,且厚度随着从与振动部12的边12a连接的一侧端缘(内侧端缘)朝向另一侧端缘(外侧端缘)离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第三厚壁部主体15a,其与第三倾斜部15b的所述另一侧端缘(外侧端缘)连接设置。
[0166] 同样,第一厚壁部16具备:第一倾斜部16b,其与振动部12的边12b连接设置,且厚度随着从与振动部12的边12b连接的一侧端缘(内侧端缘)朝向另一侧端缘(外侧端缘)离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第一厚壁部主体16a,其与第一倾斜部16b的所述另一侧端缘(外侧端缘)连接设置。
[0167] 此外,第二厚壁部17具备:第二倾斜部17b,其与振动部12的边12c连接设置,其厚度随着从与振动部12的边12c连接的一侧端缘(内侧端缘)朝向另一侧端缘(外侧端缘)离开而逐渐增加;厚壁四方柱状的第二厚壁部主体17a,其与第二倾斜部17b的所述另一侧端缘(外侧端缘)连接设置。
[0168] 而且,在第三厚壁部15上贯穿形成有至少一个狭缝20。
[0169] 第三厚壁部15和第一厚壁部16各自的一面(表面侧)位于同一平面上,即位于图8(a)~图8(f)所示的坐标轴的X-Z’平面上,第三厚壁部15的另一面(背面侧)和第二厚壁部17的背面位于同一平面(X-Z’平面)上。
[0170] 换言之,振动部12的另一侧主面(背面)和第一厚壁部16的另一面(背面)位于同一平面上,振动部12的一侧主面(表面)和第二厚壁部17的另一面(表面)位于同一平面上。也就是说,减少了不需要的厚壁部。
[0171] 此外,第三厚壁部15被突出设置在振动部的表背面(两面)上。此外,第一厚壁部16和第二厚壁部17以如图8(b)所示这样相对于振动部12的中心点对称的方式,而分别仅被突出设置在压电基板的一面侧。
[0172] 而且,在第三厚壁部15上,至少一个应力缓和用的狭缝20在振动部12和作为被支承部的衬垫电极29a、29b之间,沿Z’轴方向而被贯穿形成。在图8(a)~图8(f)所示的实施方式中,狭缝20沿着第三倾斜部15b和第三厚壁部主体15a的边界部(连接部),而被形成在第三厚壁部主体15a内。
[0173] 并且,厚壁部主体(15a、16a、17a)是指,Y’轴方向上的厚度为固定的区域。
[0174] 此外,狭缝20并不局限于如图8(c)所示的被贯穿形成的狭缝,也可以为具有底部的槽状的狭缝。对槽状的狭缝进行详细介绍,例如,如图8(d)所示,可以由从第三厚壁部15的表面侧而形成且具有底部的第一狭缝20a’、和从第三厚壁部15的背面侧而形成且具有底部的第二狭缝20b’这种的、分别设置在表背两面侧的狭缝构成。此外,如图8(e)所示,也可以由从第三厚壁部主体15的表面侧而形成且具有底部的第三狭缝20c’构成。另外,如图8(f)所示,也可以为设置有从第三厚壁部15的背面侧而形成且具有底部的第四狭缝20d’的结构。
[0175] 在此说明的狭缝20的形状也可以应用于以下说明的其他实施方式、改变例和应用例中。
[0176] 对于用于驱动压电基板10的激励电极25a、25b、和引线电极27a、27b等的电极的结构、及设置狭缝20的理由等,省略与所述第一实施方式相同的说明。
[0177] 图9(a)和图9(b)为表示压电振动元件4的结构部件的俯视图。图9(a)为表示在压电基板10上所形成的引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b的配置、结构的俯视图,图9(b)为表示激励电极25a、25b的配置、结构的俯视图。引线电极27a以下述方式形成,即,从表面侧的假定的激励电极25a的端缘延伸,经由第一厚壁部16的表面,而与被设置在第三厚壁部15的中央部的表面上的衬垫电极29a相连接。此外,引线电极27b以下述方式形成,即,从背面侧的假定的激励电极25b的端缘延伸,经由背面侧的第二厚壁部17的表面,而与被设置在第三厚壁部15的中央部的背面上的衬垫电极29b相连接。
[0178] 引线电极27a、27b具备由铬(Cr)的薄膜构成的第一层、和由层叠在该第一层上的金(Au)的薄膜构成的第2层。在图9(a)中,左侧的虚线圆27A中图示了对引线电极27a的一部分进行了放大后的R-R线剖视图。在第一厚壁部16和第三厚壁部15的表面侧(上表面侧)以铬(Cr)的薄膜27c为基底,并在其上对形成金(Au)的薄膜27g进行层叠并成膜,由此构成引线电极27a。对于引线电极27b,也以相同方式构成。
[0179] 此外,被设置在第三厚壁部15的中央部的表背面上的衬垫电极29a、29b具备由铬(Cr)的薄膜构成的第一层、和由层叠在该第一层上的金(Au)的薄膜构成的第2层。在图9(a)中,下部的虚线圆29A中图示了对衬垫电极29a的一部分进行了放大后的T-T线剖视图。在第三厚壁部15的表面侧(上表面侧)以铬(Cr)的薄膜29c为基底,并在其上对金(Au)的薄膜29g进行层叠并成膜,由此构成衬垫电极29a。对于衬垫电极29b,也以相同方式构成。
[0180] 由于引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b由同一工序形成,因此膜厚的一个示例为,第一层的铬(Cr)的薄膜27c、29c被形成为 ( (纳米))的厚度,第二层的金(Au)的薄膜27g、29g被形成为 的厚度。因此,不会产生引线电极27a、27b和衬垫电极
29a、29b的欧姆损耗,连接强度也较为充分。
[0181] 另外,也可以采用在铬(Cr)薄膜和金(Au)薄膜之间,夹有其他金属膜的结构。
[0182] 图9(b)为以与在先前工序中所形成的引线电极27a、27b整合的方式,表示被形成在压电基板10上的激励电极25a、25b的配置、结构的俯视图。在压电基板10的表面侧形成激励电极25a,在背面侧形成激励电极25b,所述激励电极25b的面积充分大于激励电极25a的面积,且将激励电极25a收纳收纳在其面积内。激励电极25a、25b的结构一个示例具备由镍(Ni)的薄膜构成的第一层、和由层叠在该第一层上的金(Au)的薄膜构成的第2层。在图9(b)中,右侧的虚线圆内图示了激励电极25a、25b的一部分、即虚线圆的U-U线剖视图。镍(Ni)的薄膜25n被形成为振动部12的表背面上的第一层,金(Au)的薄膜25g被层叠并成膜为第二层。膜厚的一个示例为,第一层的镍(Ni)的薄膜25n为 第二层的金(Au)的薄膜25g为[0183] 并且,也可以采用在镍(Ni)薄膜和金(Au)薄膜之间夹持其他金属膜的结构。
[0184] 在下文对使引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b与激励电极25a、25b各自的电极材料及电极膜厚不同的理由进行说明。将压电基板10的振动部12的基波频率例如为490MHz。将引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b以及激励电极25a、25b设定为,例如第一层由 的镍(Ni)的薄膜构成,第二层由 的金(Au)的薄膜构成。主振动充分成为封闭模式,从而可期待其晶体阻抗(CI;等效电阻)减小。然而,由于引线电极27a、27b的金(Au)的膜厚较薄,因此存在产生薄膜的欧姆损耗,从而压电振动元件4的CI值增大的可能。而且,在衬垫电极29a、29b由 的镍(Ni)的薄膜和 的金(Au)的薄膜构成时,有可能导致引线接合的强度不足。
[0185] 此外,当将引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b以及激励电极25a、25b设定为,例如第一层由 的铬(Cr)的薄膜构成,第二层由 的金(Au)的薄膜构成时,由于金(Au)的膜厚较薄,因此存在铬(Cr)由于热量而向金(Au)的薄膜内扩散,从而产生薄膜的欧姆损耗,导致主振动的CI值增大的可能。
[0186] 因此,将引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b、与激励电极25a、25b的形成工序分开,并且将各个电极薄膜的材料和膜厚设定为,最适合于各个薄膜的功能。也就是说,对于激励电极25a、25b而言,例如将激励电极25a、25b的膜厚较薄地设定为,铬(Cr)的薄膜为金(Au)的薄膜为 以使主振动为封闭模式,并使接近的非谐模式尽可能成为传播模式(非封闭模式)。另一方面,对于引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b而言,为了减小较细的引线电极的膜电阻,并提高接合的粘合强度,而将铬(Cr)的膜厚较厚地设定为
将金(Au)的膜厚较厚地设定为
[0187] 上述的膜厚仅是一个示例,本发明并不局限于该数值,可对应于振动部12的频率的差异而进行改变。总之,只需考虑到能量封闭理论和薄膜的欧姆损耗,而使激励电极25a、25b使用最佳膜厚的镍(Ni)和金(Au)的层叠膜即可。此外,对于引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b的膜厚而言,只需考虑到薄膜的欧姆损耗和接合强度,而使用必要的厚度的铬(Cr)和金(Au)的层叠膜即可。
[0188] 关于激励电极25a、25b和引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b的制造方法,将在后文叙述。
[0189] 虽然在图8(a)~图8(f)所示的第四实施方式中,作为激励电极25a、25b的形状,示出了四方形、即正方形或矩形(以X轴方向为长边)的示例,但并不需要局限于此。
[0190] 图10所示的实施方式中,表面侧的激励电极25a为圆形,背面侧的激励电极25b为四方形电极,其面积充分大于激励电极25a的面积,且将激励电极25a收纳在其面积内。此外,背面侧的激励电极25b也可以为面积足够大的圆形。
[0191] 图11所示的实施方式中,表面侧的激励电极25a为椭圆形,背面侧的激励电极25b为四方形的电极,其面积充分大于激励电极25a的面积,且将激励电极25a收纳在其面积内。在压电基板10为水晶的情况下,因弹性常数的各向异性,X轴方向的位移分布和Z’轴方向的位移分布不同,用与X-Z’平面平行的面剖切位移分布后的剖面为椭圆形。因此,在使用椭圆形的激励电极25a的情况下,能够最高效率地驱动压电振动元件4。即,能够使压电振动元件
4的电容比γ(=C0/C1,在此,C0为静电电容,C1为串联共振电容)最小。此外,激励电极25a也可以是长圆形。此外,背面侧的激励电极25b也可以为,面积充分大于激励电极25a的面积,且将激励电极25a收纳在其面积内的圆形、椭圆形、长圆等。
[0192] 振动元件的第五实施方式
[0193] 图12(a)~图12(c)为表示振动元件的第五实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图。图12(a)为压电振动元件6的俯视图,图12(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图12(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0194] 压电振动元件6与图8(a)~图8(f)所示的压电振动元件4的不同之处为,设置应力缓和用的狭缝20的位置。在本示例中,狭缝20被贯穿形成在从薄壁的振动部12的边12a的端缘离开的第三倾斜部15b内。并不是像压电振动元件4那样,沿着振动部12的边12a,而以狭缝20的一侧端缘与边12a相接的方式,将狭缝20形成在第三倾斜部15b内,而是以从第三倾斜部15b的两个端缘离开的方式来设置狭缝20。也就是说,在第三倾斜部15b内,残留有与振动部12的边12a的端缘连接的极细的倾斜部15bb。换言之,在边12a和狭缝20之间形成有极细的倾斜部15bb。
[0195] 残留极细的倾斜部15bb的理由如下。即,当对被配置在振动部12内的激励电极25a、25b施加高频电压以激励振动部12时,处主振动(S0)之外,非谐模式(A0、S1、A1、S2、…)也被激励。优选为,仅将主振动(S0)模式设为封闭模式(S0),而其他非谐模式成为传播模式(非封闭模式)。然而,在振动部12变薄,其基本频率高达几百MHz时,为了避免电极膜的欧姆损耗,而需要将激励电极25a、25b形成为预定厚度以上。因此,在将激励电极25a、25b的厚度形成为所述预定厚度以上时,接近主振动的低阶非谐模式成为封闭模式。
[0196] 为了抑制该低阶非谐模式的振幅的大小(CI),只需避免非谐模式的驻波成立的条件即可。也就是说,图12(a)~图12(c)的振动部12的X轴方向上的两端缘的形状由于残留了细片(极细的倾斜部15bb)而变成非对称,从而能够抑制低阶的非谐模式的驻波的振幅。
[0197] 振动元件的第六实施方式
[0198] 图13为表示振动元件的第六实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图,图13(a)为压电振动元件7的俯视图,图13(b)为从+X轴方向观察P-P剖面时的剖视图,图13(c)为从+Z’轴方向观察Q-Q剖面时的剖视图。
[0199] 压电振动元件7与图8(a)~图8(f)所示的压电振动元件4的不同之处为,设置了两个应力缓和用的狭缝。也就是说,在第三厚壁部主体15a内贯穿形成有第一狭缝20a,且在第三倾斜部15b内贯穿形成有第二狭缝20b。由于在第三厚壁部主体15a内和第三倾斜部15b内分别设置单独的狭缝20a、20b的目的已经进行了说明,因此在此省略。
[0200] 图14为表示图13所示的压电振动元件7的改变例的结构的俯视图。在压电振动元件7’中,第一狭缝20a以贯穿形成在第三厚壁部主体15a内的方式而设置,第二狭缝20b被贯穿形成在第三倾斜部15b内。然而,第一狭缝20a和第二狭缝20b并不像图13(a)所示的俯视图那样,将第一狭缝20a和第二狭缝20b在X轴方向上并排设置,而是以在Z’轴方向上相互离开的方式错开配置成台阶状,这一点与压电振动元件3不同。通过设置两个狭缝20a、20b,从而能够使因导电性粘合剂而产生的应力不扩散到振动部12。
[0201] 图15为表示图8(a)~图8(f)所示的实施方式的压电振动元件4的改变例的结构的俯视图。在压电振动元件4’中,引线电极27a以下述方式形成,即,从表面的激励电极25a的端缘延伸出,经由第一厚壁部16的表面(上表面),而与被设置在第三厚壁部15的表面上的衬垫电极29a连接。此外,引线电极27b以下述方式形成,即,从背面侧的激励电极25b的端缘延伸出,经由第二厚壁部17的表面侧,而与被设置在第三厚壁部15的背面侧的衬垫电极29b连接设置。
[0202] 与图8(a)~图8(f)所示的实施方式的压电振动元件4的区别在于,衬垫电极29a、29b被配置的位置。衬垫电极29a、29b以相互离开的方式而被设置在第三厚壁部主体15a的表面上。衬垫电极29b由导体薄膜从背面跨越压电基板10的端缘而形成至表面上,从而与被形成在背面上的引线电极27b导通。衬垫电极29a、29b被构成为,当将导电性粘合剂涂布在表面侧的衬垫电极29a、29b上,然后将衬垫电极29a、29b翻转并载置在封装件的元件搭载衬垫上时,容易实现导通。
[0203] 振动元件的制造方法
[0204] 元件的外形形成工序
[0205] 图16为表示在压电基板10的两个面上形成凹陷部11、11’,且与压电基板10的外形和狭缝20的形成有关的制造工序示意图。在此,作为压电晶片,以水晶晶片为示例,虽然对在水晶晶片10W上形成多个压电振动元件1的制造工序进行说明,但在剖视图中,图示了被分片化的压电振动元件1的形成工序。
[0206] 在工序S1中,对两个面(表面和背面)被实施了抛光加工的、预定的厚度例如80μm的水晶晶片10W进行充分清洗、干燥后,在表背面上通过阴极真空喷镀等而分别形成金属膜(耐蚀膜)M,该金属膜通过以铬(Cr)为基底,并在其上层叠金(Au)而形成。
[0207] 在工序S2,将光刻胶膜(以下,称作抗蚀剂膜)R涂布在表背面的金属膜M各自的上表面上。
[0208] 在工序S3中,使用曝光装置和掩模图案,而对表背面上相当于凹陷部11、11’的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。当对通过曝光而感光了的抗蚀剂膜R进行显影并将其剥离时,表背面上的相当于凹陷部11、11’的位置处的金属膜M将露出。当使用王水等溶液将通过抗蚀剂膜R的剥离而露出的各个金属膜M溶解并去除时,相当于凹陷部11、11’的位置处的水晶晶片10W的表背面将露出。
[0209] 在工序S4中,使用氢氟酸(氟酸)和氟化铵的混合液,将露出的水晶晶片10W的表背面蚀刻至成为所需的厚度。
[0210] 在工序S5中,使用预定的溶液来剥离表背面的抗蚀剂膜R,而且使用王水等将露出的表背面的金属膜M去除。在该阶段的俯视观察时,水晶晶片10W的表背面的凹陷部11、11’相互稍微错开地形成,并且同一个面上的各个凹陷部11、11’处于以网格状规律地排列的状态。
[0211] 在工序S6中,在工序S5中所获得的水晶晶片10W的两个面上形成金属膜M(Cr+Au)。
[0212] 在工序S7中,在工序S6中所形成的金属膜M(Cr+Au)的两个面上分别涂布抗蚀剂膜R。
[0213] 在工序S8中,使用曝光装置和预定的掩模图案,从表背两面对相当于压电基板10的外形和狭缝(图未示)的部位的各个抗蚀剂膜R进行感光、显影,并剥离各个抗蚀剂膜R。而且,使用王水等的溶液来溶解并去除露出的金属膜M。
[0214] 在工序S9中,使用氢氟酸(氟酸)和氟化铵的混合液,对露出的水晶晶片10W的两个面进行蚀刻,从而形成压电基板10的外形和狭缝(图未示)。
[0215] 在工序S10中,剥离残留的抗蚀剂膜R,溶解并去除露出的剩余的金属膜M。在该阶段,水晶晶片10W处于多个压电基板10由支承细片连接并以网格状规律地排列的状态。在本实施方式中,如工序S10所示,在压电基板10的两主面上分别形成凹陷部11、11’,而构成振动部12,并且与振动部12连接设置的第一厚壁部16和第二厚壁部17被形成为相对于压电基板10的重心点对称。
[0216] 在工序S10结束后,例如采用光学方法而对在水晶晶片10W上以网格状规律地排列的多个压电基板10的振动部12的厚度进行测量。在测量出的各个振动部12的厚度厚于预定厚度的情况下,分别对厚度进行微调,以使其进入预定的厚度的范围内。
[0217] 元件的电极形成工序-1
[0218] 使用图17所示的制造工序示意图,而对以下步骤(工序)进行说明,即,在将被形成在水晶晶片10W上的多个压电基板10的振动部12的厚度调节到预定的厚度的范围内后,在各个压电基板10上形成激励电极25a、25b和引线电极27a、27b的步骤。
[0219] 在工序S11中,通过阴极真空喷镀等,在水晶晶片10W的表面和背面整个面上对镍(Ni)薄膜进行成膜,并在其上层叠金(Au)薄膜,以对金属膜M进行成膜。
[0220] 接着,在工序S12中,分别在金属膜M上涂布抗蚀剂以对抗蚀剂膜R进行成膜。
[0221] 在工序S13中,使用掩模图案Mk,而对相当于激励电极25a、25b和引线电极27a、27b的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。
[0222] 在工序S14中,对感光后的抗蚀剂膜R进行显影,并留下感光后的抗蚀剂膜R,而使用溶液将未曝光的抗蚀剂膜R剥离。然后,使用王水等的溶液将通过剥离抗蚀剂膜R而露出的金属膜M溶解并去除。
[0223] 在工序S15中,当将残留在金属膜M上的抗蚀剂膜R剥离时,在各个压电基板10上将形成激励电极25a、25b和引线电极27a、27b等。然后通过折取与水晶晶片10W的多个压电基板10相连接的、通过半蚀刻而形成的支承细片,从而获得被分割并被分片化的压电振动元件1。
[0224] 元件的电极形成工序-2
[0225] 使用图18所示的制造工序示意图,而对下述其他的步骤(工序)进行说明,即,在将被形成在水晶晶片10W上的多个压电基板10的振动部12的厚度调节到预定的厚度的范围内后,在各个压电基板10上形成激励电极25a、25b和引线电极27a、27b的步骤。
[0226] 在工序S21中,通过阴极真空喷镀等,在水晶晶片10W的表面和背面整个面上对镍(Ni)薄膜进行成膜,并在其上层叠金(Au)薄膜,以对金属膜M进行成膜。
[0227] 接着,在工序S22中,分别在金属膜M上涂布抗蚀剂以形成抗蚀剂膜R。
[0228] 在工序S23中,使用引线电极和衬垫电极用的掩模图案Mk,而对相当于引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。
[0229] 在接下来的工序S24中,对感光后的抗蚀剂膜R进行显影,并留下感光后的抗蚀剂膜R,而将未曝光的抗蚀剂膜R剥离。然后,使用王水等的溶液将通过该剥离而露出的金属膜M溶解并去除。引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b上的抗蚀剂膜R就此残留。
[0230] 在接下来的工序S25中,通过阴极真空喷镀等,在水晶晶片10W的表面和背面整个面上对镍(Ni)薄膜进行成膜,并在其上层叠金(Au)薄膜,以对金属膜M进行成膜。而且,在金属膜M上涂布抗蚀剂膜R。在工序S25的图中,为了避免烦杂,而用符号(M+R)来表示将引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b用的金属膜M与抗蚀剂膜R合在一起的层。而且,使用激励电极用的掩模图案Mk,而对相当于激励电极25a、25b的部位的抗蚀剂膜R进行曝光。
[0231] 在工序S26中,对感光后的抗蚀剂膜R进行显影,并留下感光后的抗蚀剂膜R,而使用溶液将未曝光的抗蚀剂膜R剥离。
[0232] 在接下来的工序S27中,使用王水等的溶液将通过剥离抗蚀剂膜R而露出的金属膜M溶解并去除。
[0233] 当将残留在金属膜M上的不需要的抗蚀剂膜R剥离时,在各个压电基板10的表背面上将形成(Ni+Au)的激励电极25a、25b、(Cr+Au)的引线电极27a、27b以及衬垫电极29a、29b(工序S28)。然后通过折取与水晶晶片10W的多个压电基板10相连接的、通过半蚀刻而形成的支承细片,从而获得被分割并被分片化的压电振动元件1。
[0234] 可是,虽然当对水晶进行湿蚀刻时,沿着Z轴而进行蚀刻,但具有蚀刻的速度对应于各个结晶轴的方向而发生变化的这种水晶特有的蚀刻各向异性。因而,通过该蚀刻的各向异性而呈现出的蚀刻面对应于各个结晶轴的方向而显现出差异的现象,已迄今为止以蚀刻各向异性为研究课题的大量的学术论文和在先专利文献中进行了论述。尽管已具有这种背景,但针对水晶的蚀刻各向异性,尚无明确制订系统的资料。
[0235] 为了制造小型压电振动元件,今后越来越需要纳米加工技术。然而,现状为,由蚀刻的各种条件(蚀刻溶液的种类、蚀刻速率、蚀刻温度等)的不同导致的蚀刻各向异性,或者,根据文献,也经常发现在呈现出的结晶面中存在差异的情况。
[0236] 因此,本发明人在使用光刻法和湿蚀刻法来制造本发明所涉及的压电振动元件时,反复进行蚀刻模拟和试制实验,以及纳米级的表面分析和观察,由于明确了本发明所涉及的压电振动元件能够实现以下的一种形态,因此在以下进行详细说明。
[0237] 图19(a)~图19(e)和图20(a)~图20(e)为对通过蚀刻而被形成在水晶晶片10W的两个面上的凹陷部11、11’进行说明的图。图19(a)为图16的工序S5中的水晶晶片10W的俯视图。在该阶段,凹陷部11、11’以网格状且规律地形成在水晶晶片10W的两个面上。图19(b)为从水晶晶片10W的凹陷部11、11’穿过的、沿X轴方向的剖面(切口),水晶晶片10W的上侧(表面侧)的凹陷部11和下侧(背面侧)的凹陷部11’的各个壁面不是垂直的壁面,而是呈倾斜壁面。
[0238] 也就是说,上侧的凹陷部11的-X轴方向上的壁面形成倾斜壁面X1,+X轴方向上的壁面形成倾斜壁面X2。此外,下侧的凹陷部11’的-X轴方向上的壁面被形成为倾斜壁面X1,+X轴方向上的壁面被形成为倾斜壁面X2。各个倾斜壁面被蚀刻成相对于从振动部12的Y轴方向上的中心穿过的X轴线对称。以此种方式,由于蚀刻的进行在结晶轴方向上具有各向异性,因此蚀刻用开口部一般在上下面上稍微错开地配置。
[0239] 图19(c)至图19(e)是凹陷部11、11’的倾斜壁面X1、X2及槽部的倾斜壁面X3的放大图。如图19(c)所示,上侧的凹陷部11的-X轴方向上的倾斜壁面X1以相对于水晶晶片10W的平面大致倾斜62度的方式被蚀刻。此外,虽然+X轴方向上的倾斜壁面X2以与水晶晶片10W的平面正交(90度)的方式而进行少量蚀刻,但之后以缓和的倾角进行蚀刻。下侧的凹陷部11’的-X轴方向上的壁面成为倾斜壁面X1,+X轴方向上的壁面成为倾斜壁面X2。也就是说,上侧的凹陷部11的倾斜壁面和下侧的凹陷部11’的倾斜壁面具有相对于从振动部12的Y轴方向上的中心穿过的X轴线对称的关系。
[0240] 由上侧的凹陷部11的底面和下侧的凹陷部11’的底面形成的振动部12的两个面,被蚀刻成与水晶晶片10W的蚀刻前的平面大致平行。也就是说,振动区域12成为表背面大致平行的平板状。
[0241] 图19(d)为表示压电基板10的外形和狭缝20的剖视图。在图16的工序S9的蚀刻工序中,形成外形和狭缝20,在-X轴方向(图中左侧)上的端部,形成有由第四厚壁部主体14a和第四倾斜部14b构成的第四厚壁部14,在+X轴方向(图中右侧)的端部,形成有由第三厚壁部主体15a和第三倾斜部15b构成的第三厚壁部15。在第三厚壁部主体15a的面内形成有狭缝20。
[0242] 图19(e)为形成在水晶晶片10W上的折取用的槽部(支承细片)的剖视图,在图16的工序S9的蚀刻工序中被形成。以与X轴正交的方式形成的槽部的剖面呈楔型。这是因为,压电基板10的上侧槽部的倾斜壁面X3a由-X轴方向上的倾斜壁面X1和+X轴方向上的倾斜壁面X2形成,下侧槽部的倾斜壁面X3b被形成为相对于槽部的中心,而与上侧的槽部的倾斜壁面X3a相对于从水晶晶片10W的Y轴方向(厚度方向)上的中心穿过的X轴线对称,因此形成为大致楔型。
[0243] 在将电极设置在形成有凹陷部11、11’的面上的情况下,需要注意倾斜壁面X2的垂直壁面。由于容易引起电极膜的断裂,因此优选避开。
[0244] 图20(a)为图16的工序S5中的水晶晶片10W的俯视图。图20(b)为水晶晶片10W的上侧凹陷部11和下侧凹陷部11’的沿着Z’轴方向的剖面(切口)。上侧凹陷部11的-Z’轴方向上的壁面被形成为倾斜壁面Z1,+Z’轴方向上的壁面被形成为倾斜壁面Z2。下侧凹陷部11’被形成为关于振动部12的中心而与上侧凹陷部11点对称的关系。也就是说,下侧凹陷部11’的-Z’轴方向上的壁面被形成为倾斜壁面Z2,+Z’轴方向上的壁面被形成为倾斜壁面Z1。
[0245] 图20(c)至图20(e)为上侧凹陷部11和下侧凹陷部11’的倾斜壁面Z1、Z2及槽部的倾斜壁面Z3的放大图。如图20(c)的图中左侧所示,上侧凹陷部11的-Z’轴方向上的壁面以相对于水晶晶片10W的平面较为缓和的倾斜而被蚀刻,从而成为倾斜壁面Z1。如图20(c)的图中右侧所示,+Z’轴方向上的壁面呈倾斜壁面Z2。也就是说,虽然先通过相对于水晶晶片10W的平面较为陡峭的倾斜面Z2a而被实施蚀刻,但其后通过缓和的倾斜面Z2b而进行蚀刻。
下侧凹陷部11’的沿着Z’轴方向的倾斜壁面Z1、Z2具有关于振动部12的中心而与上侧凹陷部11点对称的关系。
[0246] 图20(d)为被实施了外形加工后的压电基板10的外形剖视图,且为从图20(c)的两条虚线Zc1、Zc2处起通过蚀刻而被实施了外形加工后的图。在图16的工序S9的蚀刻工序中形成外形,在-Z’轴方向(图中左侧)的端部,形成有由第一厚壁部主体16a和第一倾斜部16b构成的第一厚壁部16,在+Z’轴方向(图中右侧)上的端部,形成有由第二厚壁部主体
17a和第二倾斜部17b构成的第二厚壁部17。第一厚壁部16和第二厚壁部17被形成为关于振动部12的中心大致点对称。
[0247] 图20(e)为与Z’轴方向正交而形成的上侧槽部和下侧槽部的剖视图,均呈楔型剖面的倾斜壁面Z3。该上侧和下侧的槽部为用于水晶晶片10W折取的槽部,上侧槽部的倾斜壁面Z3由凹陷部11的-Z’轴方向上的倾斜壁面Z1、和+Z’轴方向上的倾斜壁面Z2(壁面Z2a和壁面Z2b)形成,下侧槽部的倾斜壁面Z3由于被形成为相对于槽部的中心,而与上侧的倾斜壁面Z3点对称,因此呈大致楔型的剖面。
[0248] 当在X轴方向、Z’轴方向上形成折取用槽部时,其剖面形状成为楔型,从而折取较为容易。
[0249] 本方式的特征在于,从水晶晶片10W的两主面进行蚀刻,从而分别在两主面上形成对置的凹陷部11、11’,以作为振动部12这一点,能够将蚀刻所需的加工时间减半。此外,如图20(d)所示,通过利用蚀刻将虚线Zc1、Zc2的图中外侧均去除,从而可实现压电基板10的小型化,这也是特征之一。由于从压电基板10的两主面进行蚀刻,能够将自压电基板10的各个主面起的蚀刻深度形成得较浅,因此能够减少在制造时布置有水晶晶片10W的各个单片的区域之间、或在水晶晶片10W之间,成为薄壁的振动部12的厚度的偏差。
[0250] 其理由是因为存在如下问题,即,当将压电基板10长时间浸泡在蚀刻溶液中时,蚀刻溶液内的溶液的浓度将有可能产生差异,由于该浓度差异,从而有可能无法保证对压电基板10的蚀刻的均匀性,而导致在布置有水晶晶片的各个单片片的区域之间、或在水晶晶片之间,产生振动部12的厚度的偏差,从而对厚度的控制较为困难。
[0251] 而且,如图20(c)、图20(d)所示,以削除作为振动部12所不需要的图中两端部为前提,而确定制造方法。因此能够实现如下情况,即,与作为在先技术而披露的、现有的具备现有的厚壁部的结构相比,在确保成为振动部的平坦的超薄部的面积的同时,使压电振动元件1的尺寸小型化。
[0252] 此外,而且如前文所述,对向AT切割水晶基板的X轴方向上的两端施加力(以在封装时产生的应力及变形作为所述力而进行说明)时的频率变化、与向Z’轴方向上的两端施加相同力时的频率变化进行比较,能够减小向Z’轴方向上的两端施加力时的频率变化量。由此,由于将压电基板10的X轴方向上的长度设为长于Z’轴方向上的长度的、所谓的X长,因此能够在X轴方向上较大地确保振动部12的面积。
[0253] 此外,由于在本实施方式的压电振动元件1的振动部12的整周上,相对于振动部12的主面,而在表背面中的至少某一侧设置有厚壁的厚壁部13,因此振动部12的端部不会露出于外部。由此,即使从应对下述情况的、压电振动元件1的耐冲击性等的可靠性的观点出发,也由于维持了较高的强度,因此能够维持较高的可靠性,所述情况为,在制造压电振动元件1时、或将压电振动元件1封装在封装件(容器)内而制造压电振子的过程等中等,将压电振动元件1碰撞在某种物体上等的情况。
[0254] 其结果为,能够充分考虑下述情况来进行设计,即,在振动部中被激励的厚度切变振动模式的位移分布由于弹性常数的各向异性而成为在X轴方向具有长径的椭圆形状的情况,因此能够充分地将长轴与短轴之比设计为1.26:1,并且在考虑到制造尺寸的偏差等的情况下,能够充分地将长轴与短轴之比设计在1.14~1.39:1的范围左右。
[0255] 图21(a)和图21(b)为图1(a)~图1(f)所示压电振动元件1的详细的图,图21(a)为立体图,图21(b)为从-Z’轴方向观察图1(a)中的Q-Q剖面时的剖视图。如图21(a)所示,在压电振动元件1的与X轴相交的外形端面上,呈现出倾斜面。也就是说,如图21(b)所示,在-X轴侧的端面上呈现出倾斜面1(倾斜面a1、a2),在+X轴侧的端面上呈现出倾斜面2(倾斜面b1、b2、b3、b4),倾斜面1和倾斜面2的与XY’平面平行的剖面形状有所不同。
[0256] 此外,在倾斜面1和倾斜面2上,于与压电基板10的主表面相交处的附近,均未呈现出如图19(b)、图19(e)所示这种被形成在+X轴方向上的倾斜壁面X2的垂直的壁面。其理由如下,即,与用于形成凹陷部11、11’所需的蚀刻时间相比,倾斜面1(倾斜面a1、a2)和倾斜面2的形成时间为,蚀刻至压电基板(水晶基板)10的外形贯穿为止的时间,由于蚀刻时间足够长,因此通过过度蚀刻的作用,从而不会呈现出垂直的壁面。
[0257] 明确了构成倾斜面1的倾斜面a1、a2具有相对于X轴大致对称的关系,在构成倾斜面2的倾斜面b1、b2、b3、b4中,倾斜面b1和倾斜面b4、倾斜面b2和倾斜面b3具有分别相对于X轴大致对称的关系。而且,可知倾斜面a1、a2相对于X轴的倾斜角度α与倾斜面b1、b4相对于X轴的倾斜角度β之间存在β<α的关系。
[0258] 图22所示的实施方式的压电振动元件1’为图1(a)~图1(f)所示的压电振动元件1的改变例,其结构为,通过蚀刻等而将作为第三厚壁部主体15a的靠近外端部的一部分即第三厚壁部主体15a’的厚度减薄。其理由如下,即,在利用接合线BW对形成在第三厚壁部主体15a’上的衬垫电极29b、和外部的电极端子进行连接时,不使接合线的+Y轴方向上的顶点部分与覆盖于封装件上的盖部件接触。
[0259] 如图1(a)~图1(f)、图5(a)~图5(c)、图6(a)~图6(c)、图7(a)和图7(b)的实施方式所示,具有下述效果,即,高频的压电振动元件被小型化,且可获得对振动部进行支承的厚壁部较为牢固,从而耐振动、耐冲击等较强的压电振动元件。而且,由于通过设置狭缝,能够抑制因粘合及固定而导致的应力的扩散,因此具有下述效果,即,可获得频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性优异,且主振动的CI值较小,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振动元件。
[0260] 此外,当支承压电振动元件的部位为一点时,能够减少因导电性粘合剂而产生的应力。
[0261] 此外,通过如图1(a)~图1(f)、图5(a)~图5(c)、图6(a)~图6(c)所示这样,与振动部相接而在其端部设置厚壁部,从而具有强化了压电振动元件的耐冲击性和耐振动性的效果。
[0262] 如图8(a)~图8(f)、图12(a)~图12(c)、图13的实施方式所示,由于实现了厚壁部的消减,因此可实现使用了基波的高频压电振动元件的小型化,和对耐冲击性的强化,且能够实现量产化。而且,通过在支承部和振动区域之间形成至少一个狭缝,能够抑制因粘合及固定而导致的应力的扩散,因此具有下述效果,即,可获得频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性优异的压电振动元件。
[0263] 此外,如图9(a)和图9(b)的实施方式所示,激励电极25a、25b与引线电极27a、27b及衬垫电极29a、29b分别由不同种类结构的金属材料形成,即,激励电极25a、25b由镍和金的层叠膜形成,引线电极27a、27b和衬垫电极29a、29b由铬和金的层叠膜形成。通过以这种方式形成,从而具有下述效果,即,可获得主振动的CI值较小,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振动元件。
[0264] 此外,图8(a)~图8(f)、图12(a)~图12(c)、图13的实施方式所示的压电振动元件1中,振动部12的另一侧主面(背面)、和第一厚壁部16的另一面(背面)位于同一平面上,振动部12的一侧主面(表面)、和第二厚壁部17的另一面(表面)被形成为,位于同一平面上。因此,由于削减了不需要的厚壁部,因此具有小型化、强化耐冲击性的效果。而且,通过从表背两面对压电基板10进行蚀刻来形成振动区域,从而具有缩短了蚀刻时间的效果。另外,具有如下效果,即,通过削除不需要的厚壁部,从而可实现小型化,且可获得频率温度特性优异的高频的基波压电振动元件的效果。
[0265] 此外,如图6(a)~图6(c)、图13的实施方式所示,由于通过在第三厚壁部15上设置两个狭缝,能够更好地抑制在粘合及固定压电振动元件时所产生的应力的扩散,因此具有可获得频率再现性、频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性优异的压电振动元件的效果。
[0266] 此外,由于压电基板10以图2的切断角度图所示的方式被形成,因此具有下述效果,即,能够用更适合的切割角度来构成要求规格的压电振动元件,且可获得具有符合规格的频率温度特性,CI值较小且CI值比较大的高频压电振动元件。
[0267] 此外,由于压电基板使用旋转Y切割水晶基板,而能够活用与光刻技术和蚀刻法有关的长期的实际成果及经验,因此具有下述效果,即,不仅能够实现压电基板的量产,而且可获得高精度的压电基板,从而压电振动元件的成品率被大幅度地改善。
[0268] 此外,如图1(a)~图1(f)所示,当第三厚壁部15以下述方式被构成时,即,具备:第三倾斜部15b,其厚度随着从与振动部12连接设置的一侧端缘朝向另一侧端缘离开而逐渐增加;第三厚壁部主体15a,其与该第三倾斜部15b的另一侧端缘连接设置,则具有如下效果,即,高频且基波的压电振动元件被小型化,且可获得对振动部的支承较为牢固,从而耐振动、耐冲击等较强的压电振动元件。
[0269] 振子
[0270] 振子的方式1
[0271] 图23(a)和图23(b)为表示作为本发明所涉及的振子的实施方式的压电振子的结构的图,图23(a)为纵剖视图,图23(b)为去除盖部件后的俯视图。压电振子50具备:例如上述的第四实施方式中的压电振动元件4(虽然在图23(a)和图23(b)中,示出了使用压电振动元件4的示例,但也可以为其他实施方式所涉及的压电振动元件)和对压电振动元件4进行收纳的封装件。封装件包括被形成为矩形箱状的封装件主体40,和由金属、陶瓷、玻璃等构成的盖部件49。
[0272] 如图23(a)和图23(b)所示,封装件主体40通过对第一基板41、第二基板42、第三基板43进行层叠而形成,且通过对作为绝缘材料的氧化铝质的陶瓷生片进行成形而制成箱状之后,进行烧结而形成。多个安装端子45被形成在第一基板41的外部底面上。第三基板43为被去除了中央部的环状体,在第三基板43的上部边缘上,形成有例如科瓦铁镍钴合金等的金属密封环44。
[0273] 利用第三基板43和第二基板42,而形成收纳压电振动元件4的凹部(腔室)。在第二基板42的上表面的预定位置处,设置有通过导体46而与安装端子45电导通的多个元件搭载衬垫47。元件搭载衬垫47的位置被配置为,在载置压电振动元件4时与第三厚壁部主体15a上所形成的衬垫电极29a相对应。
[0274] 在将压电振动元件4固定在封装件主体40上时,首先,将导电性粘合剂30涂布在压电振动元件4的衬垫电极29a上,将将压电振动元件4翻转(翻过来),载置在元件搭载衬垫47上并施加载荷。作为导电性粘合剂30的特性,因导电性粘合剂30而产生的应力(∝变形)的大小按照硅酮类粘合剂、环氧类粘合剂、聚酰亚胺类粘合剂的顺序而增大。此外,脱气按照聚酰亚胺类粘合剂、环氧类粘合剂、硅酮类粘合剂的顺序而增大。作为导电性粘合剂30,考虑到随时间变化,而使用脱气较少的聚酰亚胺类粘合剂。
[0275] 为了使被搭载在封装件主体40上的压电振动元件4的导电性粘合剂30固化,而将其放置在预定温度的高温炉内预定时间。使导电性粘合剂30固化后,使用接合线BW来对通过翻转而成为表面侧的衬垫电极29b、和封装件主体40的电极端子48进行导通连接。如图23(b)所示,由于将压电振动元件4支承并固定在封装件主体40上的部分为一处(一点),即,仅为导电性粘合剂30这一点,因此能够减少因支承固定而产生的应力的大小。
[0276] 实施了退火处理后,通过向激励电极25b附加重量或减轻重量,从而进行频率调节。将盖部件49载置在形成于封装件主体40的上表面上的金属密封环44上,并在真空中或氮气N2气体的气氛中,对盖部件49缝焊而实施密封。或者,也可以采用如下方法,即,将盖部件49载置于被涂布在封装件主体40的上表面上的低熔点玻璃上,并进行熔融来而实现紧贴的方法。将封装件主体的腔室内形成为真空,或向封装件主体的腔室内填充氮气N2等的惰性气体,从而制成压电振子50。
[0277] 并且,压电振动元件4中,在形成压电振动元件4的压电基板的上下面上,以接近的方式分别形成有衬垫电极29a、29b。在将压电振动元件4收纳在封装件主体40内时,翻转压电振动元件4,并用导电性粘合剂30固定并连接衬垫电极29a和封装件主体40的元件搭载衬垫47。使用接合线BW来连接成为表面侧的衬垫电极29b和封装件的电极端子48。当以这种方式支承压电振动元件4的部位为一点时,将能够减少因导电性粘合剂30而产生的应力。此外,当收纳在封装件主体40内时,若翻转压电振动元件4,而使更大的激励电极25b位于上表面时,对压电振动元件40的频率微调将变得较为容易。
[0278] 振子的方式2
[0279] 图24为表示振子的其他实施方式的压电振子50’的结构的纵剖视图。与图23(a)和图23(b)所示的实施方式的不同点为,对压电振动元件4的支承方法。与图23(a)和图23(b)的实施方式中为一处支承相对,在图24的实施方式中为如下结构,即,将导电性粘合剂30涂布在压电振动元件4的一面上的第三厚壁部15的两处(两点)上,以实现导通和支承固定。虽然为适合于扁平化的结构,但有可能使因导电性粘合剂30引起的应力稍微增大。
[0280] 因此,通过采用作为第三实施方式和第六实施方式的、如图6(a)~图6(c)、图7(a)和图7(b)、图13、图14所示这种设置有两个狭缝的压电振动元件3、7、7’,可以期待能够抑制所述应力对振动部的影响的效果。或者,还具有下述方法,即,在导电性粘合剂的硬度比较硬的情况下,通过缩小涂布导电性粘合剂的“两处(两点)”的中心间的距离,从而减少在所述两点之间所产生的与封装有关的变形(应力)。另一方面,还存在下述方法,即,通过使用导电性粘合剂的硬度比较软的硅酮类粘合剂,从而使导电性粘合剂具有缓冲性,进而减少在所述两点之间所产生的与安装有关的变形(应力)。
[0281] 虽然在上述的压电振子50、50’的实施方式中,对封装件主体40使用层压板的示例进行了说明,但也可以采用如下方式来构成压电振子,即,封装件主体40使用单层陶瓷板,盖体使用实施了拉深加工而得到的罩。
[0282] 如上文所述,由于使用前文所述的实施方式所示的压电振动元件4,因此具有如下效果,即,高频的压电振子50、50’被小型化,且可获得耐冲击性得到了提高的压电振子。而且,由于支承压电振动元件4的部位为一点,且在被支承部(衬垫电极29a)和振动部12之间形成有至少一个狭缝20,从而能够减小因导电性粘合剂30而产生的应力。其结果为,具有下述效果,即,可获得频率再现性、频率温度特性、CI温度特性以及频率老化特性优异的压电振子。另外,还具有下述效果,即,可获得主振动的CI值较小,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振子,并且可获得电容比γ较小的压电振子50、50’。
[0283] 此外,如图24的实施方式所示,通过构成两点支承的压电振子,从而具有能够获得扁平化的压电振子50’的效果。通过设置两个狭缝,从而能够抑制因两点支承所引起的支承应力对振动部的影响。
[0284] 此外,如图1(a)~图1(f)和图3至图6(a)~图6(c)的实施方式所示,由于使用被构成为,使激励电极25a、25b的电极材料与引线电极27a、27b及衬垫电极29a、29b的电极材料不同,并且上述电极的膜厚也分别最适合于各自的功能的压电振动元件1、2、3,因此具有下述效果,即,可获得主振动的CI值较小,从而接近的寄生响应的CI值相对于主振动的CI值之比、即CI值比较大的压电振动元件1、2、3。
[0285] 作为电子装置的压电装置
[0286] 图25为表示本发明涉及的电子装置的实施方式的纵剖视图。作为电子装置的压电装置60大致具备:第一实施方式的压电振动元件1;热敏电阻Th,其为电子部件的一种,且为作为温度传感器的感温元件;封装件,其收纳压电振动元件1和热敏电阻Th。并且,虽然在本示例中,示出了使用压电振动元件1的示例,但也可以为其他实施方式所示的压电振动元件。
[0287] 封装件具备封装件主体40a和盖部件49。封装件主体40a在上表面侧形成有收纳压电振动元件1的腔室31,在外部背面侧形成有收纳热敏电阻Th的凹部32。在腔室31的内底面的端部设置有元件搭载衬垫47,元件搭载衬垫47利用被配置在封装件主体40a内部的导体46而与多个安装端子45导通连接。
[0288] 将导电性粘合剂30涂布在压电振动元件1的衬垫电极29a上,然后将其翻转,并载置在元件搭载衬垫47上。使用接合线BW对通过翻转而成为表面侧的衬垫电极29b和电极端子48进行连接。在封装件主体40a的上部,烧成有由科瓦铁镍钴合金等构成的金属密封环44,将盖部件49载置在该金属密封环44上,使用电阻焊接器等进行焊接,从而将腔室31气密密封。腔室31内既可以形成为真空,也可以封入惰性气体。使用焊锡球等而将热敏电阻Th的端子连接在背面的凹部32的电子部件搭载用衬垫33上,从而制成压电装置60。
[0289] 虽然在以上的实施方式中,对在封装件主体40a的外部下表面侧形成凹部32,以搭载电子部件的示例进行了说明,但也可以在封装件主体40a的内部底面形成凹部32,以搭载电子部件。
[0290] 此外,虽然对将压电振动元件1和热敏电阻Th收纳在封装件主体40a内的示例进行了说明,但优选为,对作为收纳在封装件主体40a内的电子部件的、热敏电阻、电容器、电抗元件、半导体元件中的至少一个进行收纳,而构成电子装置。
[0291] 图25所示实施方式为将压电振动元件1和热敏电阻Th收纳在封装件主体40a内的示例。当采用这种结构时,由于感温元件的热敏电阻Th位于非常靠近压电振动元件1的位置处,因此具有能够较快地对压电振动元件1的温度变化进行检测的效果。此外,由于通过利用本发明所涉及的压电振动元件和上述的电子部件来构成电子装置(压电装置),从而能够构成高频、且小型的电子装置(压电装置),因此具有能够利用于多方面的用途中的效果。
[0292] 此外,当电子部件使用可变电容元件、热敏电阻、电感器、电容器中的任一种来构成电子装置(压电装置)时,则具有能够以小型且低成本来实现更适合要求规格的电子装置的效果。
[0293] 图26(a)和图26(b)为表示作为本发明的实施方式所涉及的电子装置的一种的、压电振荡器70的结构的图,图26(a)为纵剖视图,图26(b)为去除了盖部件后的俯视图。压电振荡器70具备:封装件主体40b、盖部件49、第一实施方式的压电振动元件1、搭载有对压电振动元件1进行激励的振荡电路的IC部件51、和至少一个电子部件52,所述电子部件52为电容随着电压而发生改变的可变电容元件、电阻随着温度而发生改变的热敏电阻、电感器等。并且,虽然在本示例中,示出了使用压电振动元件1的示例,但也可以使用其他实施方式所示的压电振动元件。
[0294] 将导电性粘合剂(聚酰亚胺类)30涂布在压电振动元件1的衬垫电极29a上,然后将其翻转,并载置在封装件主体40b的元件搭载衬垫47a上,而实现衬垫电极29a和元件搭载衬垫47a的导通。使用接合线BW对通过翻转而成为上表面侧的衬垫电极29b和封装件主体40b的其他电极端子48进行连接,而实现导通。IC部件51固定在封装件主体40b的预定的位置上,并用接合线BW对IC部件51的端子和封装件主体40b的电极端子55进行连接。此外,电子部件52载置在封装件主体40b的预定的位置上,并使用金属凸点等进行连接。将封装件主体40b抽真空或用氮气等惰性气体充满,并用盖部件49对封装件主体40b进行密封,从而制成压电振荡器70。
[0295] 使用接合线BW对衬垫电极29b和封装件的电极端子48进行连接的方法,使得支承压电振动元件1的部位成为一点,从而能够减小因导电性粘合剂30而产生的应力。此外,当收纳在封装件主体40b内时,由于将压电振动元件1翻转(翻过来),而使更大的激励电极25b位于上表面,因此作为电子装置的压电振荡器70的频率微调变得较为容易。
[0296] 虽然图26(a)和图26(b)所示压电振荡器70将压电振动元件1、IC部件51和电子部件52配置在同一个封装件主体40b的内部底面上,但图27所示的实施方式的压电振荡器70’使用H型的封装件主体40a,并将压电振动元件1收纳形成于上部的腔室31内,将腔室31内部抽真空,或用氮气N2气体充满,并用盖部件61来密封。在下部,经由金属凸点(Au凸点)68,而将IC部件51和电子部件52与封装件主体40a的端子67导通并连接,其中,所述IC部件51搭载有激励压电振动元件1的振荡电路、放大电路等,电子部件52为可变电容元件、根据需要,也可以为电感器、热敏电阻、电容器等。
[0297] 由于本实施方式的电子装置(压电振荡器)70’将压电振动元件1与IC部件51及电子部件52分开,并且对压电振动元件1单独地进行气体密封,因此压电振荡器70的频率老化较为优异。
[0298] 通过构成如图26(a)和图26(b)、图27所示的作为电子装置的一种的压电振荡器70、70’(例如,电压控制型压电振荡器),从而具有下述效果,即,可获得频率再现性、频率温度特性、老化特性优异,小型且高频(例如490MHz频带)的电压控制型压电振荡器。此外,由于压电振荡器70、70’使用基波的压电振动元件1,因此电容比较小,并且由于使用基波压电振动元件而扩大频率可变幅度,从而具有可获得S/N比良好的电压控制型压电振荡器的效果。
[0299] 此外,具有下述效果,即,作为电子装置,能够构成压电振荡器、温度补偿型压电振荡器以及电压控制型压电振荡器等,并且可获得能够构成频率再现性、老化特性优异的压电振荡器,频率温度特性优异的温度补偿型压电振荡器,频率稳定、可变范围广且S/N比(信噪比)良好的电压控制型压电振荡器。
[0300] 电子设备
[0301] 图28为表示本发明实施方式所涉及的电子设备的结构的结构示意图。电子设备8具备上述的压电振子50、50’。作为使用压电振子50的电子设备8,可以列举出传输设备等。在这些电子设备8中,压电振子50、50’被用作基准信号源、或电压控制型压电振荡器(VCXO)等,从而能够提供小型且特性优异的电子设备。
[0302] 通过将本发明所涉及的压电振子应用在电子设备中,从而具有下述效果,即,能够构成具备高频且频率稳定性优异、S/N比良好的基准频率源的电子设备。
[0303] 接下来,根据图29至图31,对采用本发明的一个实施方式所涉及的振动元件的电子设备进行详细说明。
[0304] 图29为表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件的电子设备的、便携型(或笔记本型)的个人计算机的结构的立体示意图。在该图中,个人计算机1100由具备键盘1102的主体部1104、和具备显示部100的显示单元1106构成,显示单元1106通过铰链结构部而以能够相对于主体部1104转动的方式被支承。在这种个人计算机1100内,内置有作为滤波器、共振器、基准时钟等而发挥功能的振动元件1。
[0305] 图30为表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件的电子设备的移动电话(也包含PHS:Personal Handy-phone System,个人手持式电话系统)的结构的立体示意图。在该图中,移动电话1200具备多个操作按钮1202、听筒1204和话筒1206,在操作按钮1202和听筒1204之间配置有显示部100。这种移动电话1200中内置有作为滤波器、共振器等而发挥功能的振动元件1。
[0306] 图31为表示作为具备本发明的一个实施方式所涉及的振动元件的电子设备的、数码照相机的结构的立体示意图。并且在该图中,简略地图示了与外部设备之间的连接。在此,通常的照相机通过被摄物体的光像而使氯化银照片胶卷感光,与此相对,数码照相机1300通过CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合装置)等的摄像元件来对被摄物体的光像进行光电转换,从而生成摄像信号(图像信号)。
[0307] 在数码照相机1300的壳体(主体)1302的背面设置有显示部100,并且成为根据CCD的摄像信号而进行显示的结构,显示部100作为将被摄物体显示为电子图像的取景器而发挥功能。此外,在壳体1302的正面侧(图中背面侧),设置有包括光学透镜(摄像光学系统)和CCD等在内的受光单元1304。
[0308] 当摄影者对显示在显示部100上的被摄物体图像进行确认,并按下快门按钮1306时,该时间点的CCD的摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。另外,在该数码照相机1300中,在壳体1302的侧面,设置有视频信号输出端子1312、和数据通信用的输入输出端子
1314。而且,如图所示,根据需要,而在视频信号输出端子1312上连接有电视监视器1430,在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。而且,成为如下的结构,即,通过预定的操作,从而使存储于存储器1308中的摄像信号向电视监视器1430和个人计算机
1440输出。在这种数码照相机1300内,内置有作为滤波器、共振器等而发挥功能的振动元件
1。
[0309] 并且,具备本发明的一个实施方式涉及的振动元件的电子设备除了能够应用于图29的个人计算机(便携型个人计算机)、图30的移动电话、图31的数码照相机中之外,还能够应用于如下的装置中,例如,喷墨式喷出装置(例如,喷墨式打印机)、膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、各种车辆导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括带有通信功能的产品)、电子词典、台式电子计算器、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale)终端、医疗设备(例如,电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量设备类(例如,车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器等。
[0310] 移动体
[0311] 图32为示意性地表示作为移动体的一个示例的汽车的立体图。在汽车106中搭载有具有上述的振动元件的振子或电子装置。例如,能够广泛应用于无钥匙进入系统、发动机防盗锁止装置、车辆导航系统、车辆空调器、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制器、混合动力汽车或电动汽车的电池监控器、车身姿势控制系统等的电子控制单元(ECU:electronic control unit)。
[0312] 改变实施方式1
[0313] 作为进一步减小、抑制因压电振动元件的封装所产生的应力的方法,可以采用以下所示的各种结构。
[0314] 图33(a)的压电基板10具备:具有振动部12的薄壁部、和设置在该薄壁部的边缘且厚度厚于该薄壁部的厚壁部13。在厚壁部13内的一个厚壁部分上,沿着振动部12而设置有狭缝20,在缘边方向上,隔着缓冲部S而以横向并排的方式连接有安装部F。安装部F在与安装部F和缓冲部S及厚壁部13的并排方向正交的方向上的两端部处,具有倒角部21。
[0315] 图33(b)的压电基板10具备:具有振动部12的薄壁部、和设置在该薄壁部的边缘且厚度厚于该薄壁部的厚壁部13。在厚壁部13内的一个厚壁部分上,沿着振动部12而设置有狭缝20,在缘边方向上,隔着缓冲部S而以横向并排的方式连接有安装部F。安装部F在与安装部F和缓冲部S及厚壁部13的并排方向正交的方向上的两端部处,具有切口部22。狭缝20的长度方向与所述正交方向大致平行,并且将安装部F在正交方向上的宽度形成为,小于狭缝20的长度方向上的宽度。而且,狭缝20的长度方向上的两端部位于,与安装部F的两端部相比更靠所述正交方向上的外周的位置处。
[0316] 图33(c)的压电基板10具备:具有振动部12的薄壁部、和设置在该薄壁部的边缘且厚度厚于该薄壁部的厚壁部13。在厚壁部13内的一个厚壁部分上,沿着振动部12而设置有狭缝20,在缘边方向上,缓冲部S与安装部F以横向并排的方式相连结。安装部F在与安装部F和缓冲部S及厚壁部13的并排方向正交的方向上的两端部处,具有切口部22。设置有狭缝20和缓冲部S的厚壁部分中,与安装部F和缓冲部S的并排方向正交的方向上的端部,比振动部12的端部、和被设置在与该厚壁部分的延伸方向正交的方向上的其他厚壁部分的端部更突出。
[0317] 图34(a)~图34(c)相对于图33(a)~图33(c)的结构的特征在于,采用两点支承的方式、即采用安装部F1、安装部F2以代替安装部F的方式。
[0318] 并且,虽然在图33(a)~图33(c)、图34(a)~图34(c)中,在厚壁部13的各个厚壁部(第一厚壁部16、第三厚壁部15、第四厚壁部14)的内壁上图示有倾斜部,而在厚壁部13的外侧的侧壁面上未图示如图21(a)和图21(b)所示的倾斜面,但这些倾斜部、倾斜面以如图21(a)和图21(b)所示的方式被形成在对应的部位上。
[0319] 并且,图33(a)~图33(c)、图34(a)~图34(c)中的各个符号与上述各个实施方式中的相同的符号所表示的部位相对应。
[0320] 改变实施方式2
[0321] 图35(a)~图35(c)为压电振动元件1的改变例,图35(a)为俯视图,图35(b)为表示压电振动元件1的衬垫电极29a(安装部F)的俯视放大图,图35(c)为安装部F的剖视图。在该安装部F中,为了提高粘合强度,而将表面上形成为凹凸状,从而扩大粘合面积。
[0322] 符号说明
[0323] 1、1’、2、3、4、6、7…压电振动元件
[0324] 8电子设备
[0325] 10压电基板
[0326] 10W水晶晶片
[0327] 11、11’凹陷部
[0328] 12振动部
[0329] 12a、12b、12c、12d振动部的一条边
[0330] 13厚壁部
[0331] 14第四厚壁部
[0332] 14a第四厚壁部主体
[0333] 14b第四倾斜部
[0334] 15第三厚壁部
[0335] 15a第三厚壁部主体
[0336] 15b第三倾斜部
[0337] 15b、15bb’极细的倾斜部
[0338] 16第一厚壁部
[0339] 16a第一厚壁部主体
[0340] 16b第一倾斜部
[0341] 17第二厚壁部
[0342] 17a第二厚壁部主体
[0343] 17b第二倾斜部
[0344] 20狭缝
[0345] 20a第一狭缝
[0346] 20b第二狭缝
[0347] 21倒角部
[0348] 22切口部
[0349] 25a、25b激励电极
[0350] 27a、27b引线电极
[0351] 29a、29b衬垫电极
[0352] 30导电性粘合剂
[0353] 31腔室
[0354] 32凹部
[0355] 33电子部件搭载用衬垫
[0356] 40、40a、40b封装件主体
[0357] 41第一基板
[0358] 42第二基板
[0359] 43第三基板
[0360] 44金属密封环
[0361] 45安装端子
[0362] 46导体
[0363] 47元件搭载衬垫
[0364] 48电极端子
[0365] 49盖部件
[0366] 50、50’压电振子
[0367] 51 IC部件
[0368] 52电子部件
[0369] 55电极端子
[0370] 60、70压电装置
[0371] 61盖部件
[0372] 65安装端子
[0373] 66导体
[0374] 67部件端子
[0375] 68金属凸点(Au凸点)
[0376] Th热敏电阻
[0377] F、F1、F2安装部
[0378] S缓冲部。