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JP3896585B2 - Tuning fork type piezoelectric vibrator - Google Patents

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JP3896585B2
JP3896585B2 JP2001385323A JP2001385323A JP3896585B2 JP 3896585 B2 JP3896585 B2 JP 3896585B2 JP 2001385323 A JP2001385323 A JP 2001385323A JP 2001385323 A JP2001385323 A JP 2001385323A JP 3896585 B2 JP3896585 B2 JP 3896585B2
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JP
Japan
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fork type
tuning fork
type piezoelectric
diaphragm
mass
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Application number
JP2001385323A
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Japanese (ja)
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Inventor
忠孝 古賀
通義 金谷
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Daishinku Corp
Original Assignee
Daishinku Corp
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Publication date
Application filed by Daishinku Corp filed Critical Daishinku Corp
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器等のクロック源等に用いられる音叉型圧電振動子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
音叉型圧電振動子は、一対の脚部とこれを一端側で連結する基部を有する構成の音叉型圧電振動板を素子として用い、当該脚部の一端を自由端とするとともに基部の下方を固定端としてパッケージに設けられた電極パッドに導電接合材により電気的機械的に接続される。(例えば特開平11−312948号参照)
【0003】
音叉型圧電振動子は脚部の機械的共振によって所定の周波数を得るが、よく用いられる振動モードは一対の脚部が基部を基点として、自由端側が平面的に接近、離反を繰り返す屈曲振動するモードである。このような振動モードを得るには、通常Xカット水晶板を用いるが、水晶ウェハから音叉型水晶振動板個々への加工法は、ワイヤーソー等を用いた機械的加工法と、フォトリソグラフィ技術を用いた化学的加工法がある。上記音叉型水晶振動板を機械的加工方法により得る場合も、化学的方法により得る場合も前記一対の脚部の振動バランスを調整するのは圧電振動子の性能を向上させるのに重要な要素となっている。すなわち、脚部の振動バランスがアンバランスである場合、振動エネルギーが基部において充分には減衰せず、当該基部をパッケージと接合した場合、CI(クリスタリインピーダンス)値の悪化、周波数変動が顕著に現れ、要求される電気的性能を満足しないことがあるからである。
【0004】
振動バランスの調整手法は製造方法によっても異なり、機械的加工方法により得られた音叉型圧電振動板の電気的特性調整の例としては、例えば特開昭59−5713号に示すように、音叉型水晶振動板に対し所定の励振電極を形成した後、脚部の一方または両方について先端部分を回転砥石で研削し、同時にCI(クリスタルインピーダンス)値、周波数等の電気的特性をリアルタイムにモニタリングすることにより、所定の振動バランス調整を行い、さらにパッケージに組み込んだ状態で脚部先端部分に付加質量となる金属膜材料を真空蒸着法等により付着せしめることにより、さらにバランス調整を行っていた。
【0005】
化学的加工方法においては上述のような回転砥石による調整は通常は行われず、脚部先端部分に金属膜材料を付加したり、あるいは予め形成しておいた調整用の金属膜を切除することによりレーザービーム等で除去し、この作業により変化する電気的特性をモニタリングし所定の調整を行っていた。前述の特開平11−312948号もレーザービームあるいは電子ビームにて周波数調整する旨が開示されている。
【0006】
しかしながら以上のような振動バランス調整を行った場合でも、完全にバランスがとれていない場合や、調整装置の検出能を越えたアンバランスが残ることがあった。このようなアンバランス状態の音叉型圧電振動板においては脚部の振動エネルギーが基部において意図したようには減衰せず、基部に振動エネルギーが残ってしまう。このようなものをパッケージの電極パッドに基部を接合した場合、当該基部からパッケージに振動エネルギーが漏れ出ることがあった。このような振動漏れは音響リークとも呼ばれ、完成した音叉型圧電振動子全体に振動エネルギーが漏れ出ていることから、これが搭載される実装基板との搭載状態によっては周波数等の電気的特性が変動してしまうことがあった。特にセラミックパッケージの電極パッドに音叉型圧電振動板の基部の主面を接合する場合は、その接合面積の広さ等から振動漏れ量並びにその確率が増加する傾向にあった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、音叉型圧電振動子において、振動漏れによる電気的特性低下を極力抑制し、電気的特性の安定した音叉型圧電振動子を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は音叉型圧電振動板がパッケージに収納され、気密封止された音叉型圧電振動子と、当該音叉型圧電振動板の質量比が音叉型圧電振動子の振動漏れに関連していることを見いだしたもので、次の各構成により実現することができる。
【0009】
請求項1による音叉型圧電振動子は、一対の脚部と当該脚部を連結する基部を有するとともに、主面と側面に励振電極が形成された音叉型圧電振動板と、当該音叉型圧電振動板を収納するとともに内部底面に電極パッドを有するセラミックパッケージと、当該セラミックパッケージと前記音叉型圧電振動板を導電接合する導電接合材と、前記パッケージを気密封止するフタとからなる音叉型圧電振動子であって、前記音叉型圧電振動板の脚部は脚部の厚さtに対する脚部幅wの寸法比(t/w)が0.7以下でかつ脚部の厚さtが0.1mm以上であるとともに、当該音叉型圧電振動板基部の一方の主面の一部は前記導電接合材によりセラミックパッケージに形成された電極パッドと接合され、かつ、当該音叉型圧電振動子の質量Aに対する前記音叉型圧電振動板の質量Bの質量比(A/B)を30以上にしたことを特徴とする音叉型圧電振動子である。なお、音叉型圧電振動板の質量Bは音叉型水晶板とその表面に形成される励振電極を含む質量であり、当該音叉型圧電振動子の質量Aは、パッケージに前記音叉型圧電振動板を搭載し、導電接合材で接合し、フタで気密封止した質量を示している。
【0010】
表面実装型の音叉型圧電振動子は、通常基部の主面の一部を比較的広い面積で接合することが多い。上述のようにこのような構成についても本発明は有効に機能し、振動漏れにより電気的特性の劣化を抑制することができる。
【0011】
次に音叉型圧電振動子の質量Aに対する前記音叉型圧電振動板の質量Bの質量比を(A/B)を30以上にした根拠を説明する。図4は質量比を(A/B)を変化させた場合の、音響リーク(振動漏れ)の発生割合について示したグラフである。使用したサンプルの基本構成は第1の実施の形態に示した構成であり、音叉型圧電振動板は励振電極が形成された音叉型水晶振動板、音叉型圧電振動子は当該振動板をパッケージに収納し導電接合材で接合した後金属フタにて気密封止したものである。サンプル1〜3は同じ外形サイズのパッケージを用いており、サンプル1は振動子の質量Aがサンプル1は質量比が約17(振動子の質量Aは0.026526g、振動板の質量Bは0.001590g)であり、サンプル2は質量比が約27(振動子の質量Aは0.02589g、振動板の質量Bは0.000954g)、サンプル3は質量比(振動子の質量Aは0.05247g、振動板の質量Bは0.001590g)が約33である。なお、サンプル1〜3の振動子重量の相違は振動板の重量の相違、および導電接合材の量、重量の相違による。サンプル4〜6は同じ外形サイズのパッケージを用い、かつサンプル1〜3で用いたパッケージより外形サイズが大きいものを用いている。サンプル4は質量比が約32(振動子Aは0.05088g、振動板Bは0.001590g)であり、サンプル5は質量比が約37(振動子Aは0.05883g、振動板Bは0.001590g)であり、サンプル6は質量比が約66(振動子Aは0.05362g、振動板Bは0.000813g)である。なお、振動子および振動板の計測はそれぞれ1千個の質量を計測し、この値から1個あたりの重量を算出している。
【0012】
以上の各サンプルから100個任意に選択されたものにつき検証実験を行い、音響リークの発生割合を確認するため、その周波数変動率確認した。気密封止されたパッケージを所定圧力で押圧し、周波数が5ppm以上変化するものを音響リーク発生品とした。なお、いずれのサンプルに用いた音叉型圧電振動板もワイヤーソーを用いた機械加工によるもので、脚部先端を研削することにより調整を行った、特性調整済みのものである。図4からパッケージサイズにかかわらず、質量比を30以上にすることにより、音響リークすなわち振動漏れが大きく減少していることが理解できる。
【0013】
なお、音叉型振動子の周波数は振動板の脚部長(l)と脚部幅(w)に依存するため、脚部幅(w)は実質的にあまり変動しない。このため寸法比(t/w)を小さくすることにより振動板が薄型化し、これを0.7以下にすると振動板の軽量化の効果が顕在化する。しかしながら音叉型圧電振動板の側面形成する電極領域を確保するには、脚部の厚さtは0.1mm以上必要となるため、上記限定範囲が好ましい数値範囲となる。
【0014】
音叉型圧電振動子、特に上述した機械的加工方法により得られた音叉型圧電振動子は加工精度のバラツキが生じやすく、脚部の幅w対し脚部の厚さtが大きくなるほど振動のアンバランスが発生しやすくなることが知られている。図5はt/wを異ならせた場合の周波数変化率を示すグラフであり、質量比を異ならせた3種類のサンプルについて検証実験を行った。サンプルAは質量比が27のものであり、図5中×印でプロットしている。またサンプルBは質量比が30のものであり、図5中○印でプロットしている。さらにサンプルCは質量比が35のものであり、図5中◎印でプロットしている。これら各サンプルのうち、サンプルB,Cすなわち質量比30,35のものについては、t/wが0.7以下の場合において周波数変化率が良好な範囲に収まっている。なお、各振動板の厚さは0.15mmのものを用いている。
【0015】
以上、図5のグラフから明らかなように相対的に脚部厚さtが大きくなるほど周波数変化率が高くなっており、特にt/wが0.7以上になった場合、実用上問題になる値となっている。従って、音叉型圧電振動子の質量Aに対する前記音叉型圧電振動板の質量Bの質量比(A/B)が30以上のものにおいてt/wは0.7以下が好ましく、また上述したように側面電極形成領域を確保するために、脚部の厚さtは0.1mm以上必要となるため、上記限定範囲が好ましい数値範囲となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明による第1の実施の形態を表面実装型の音叉型水晶振動子を例にとり図および図2とともに説明する。図1は本実施の形態を示す分解斜視図、図2は図1を組み立てた場合の内部断面図を模式的に示す図であり、図3は音叉型水晶板脚部の電極構成を示す断面図である。なお、図1,2においては音叉型水晶振動板に形成された電極膜は明示していない。音叉型水晶振動子は、上部が開口した凹部を有するセラミックパッケージ1と、当該パッケージの中に収納される圧電振動板である音叉型水晶振動振動板3と、パッケージの開口部に接合される金属製のフタ2とからなる。
【0017】
断面でみて凹形のセラミックパッケージ1には、凹形周囲の堤部10a上に周状の金属層11が形成されている。金属層11は、詳細には図示していないが、例えばタングステンあるいはモリブデン等からなるメタライズ層と、当該メタライズ層の上部に形成されるニッケル、金等からなるメッキ層とからなる。セラミックパッケージ外周の4角には上下にキャスタレーションC1,C2,C3,C4が形成されている。このうちキャスタレーションC1,C2の下方には金属導体14,15が形成され、当該金属導体14,15は後述の電極パッドと電気的につながっている。またキャスタレーションC3,C4には上端から下端にわたり金属導体16,17が形成されており、前記金属層11とセラミックパッケージ底面に形成されたアース端子E3,E4(E3は図示せず)と電気的につながっている。
【0018】
図2に示すように、本セラミックパッケージ1は矩形平板形状のパッケージ基板1aと、中央部分が大きく穿設され、外形サイズが前記パッケージ基体とほぼ等しい第1のセラミック枠体1bと、当該第1のセラミック枠体1bとほぼ同形状の第2のセラミック枠体1cとからなり、これら各層が積層されて一体的に焼成されている。なお、第2のセラミック枠体1cの上面には前述の金属層11が形成されている。
【0019】
また、セラミックパッケージ1の内部底面には電極パッド12、13が形成されており、これら電極パッドは連結電極12a,13a(13aは図示せず)を介して、パッケージ外部の底面にデバイス端子E1,E2(E2は図示せず)として電気的に引き出されている。
【0020】
前記電極パッド12,13間には圧電振動板である音叉型水晶振動板3が搭載されている。音叉型水晶振動板3は一対の脚部31,32とこれを一方端側で連結する基部33を有する形状を有している。このような音叉型の加工は水晶ウェハからワイヤーソー等の機械的切断手段により得ることができるし、またフォトリオグラフィ技術による化学的加工手段により形成してもよい。
【0021】
図3に示すように音叉型水晶振動板の各脚部の主面及び側面の合計四面にはそれぞれ独立した励振電極が形成される。一方の脚部31の主面に対向して形成された主面励振電極31a,31bと他方の脚部32の側面に対向して形成された側面励振電極32c、32dとを基部33に形成された配線電極により共通接続し、また一方の脚部31の側面に対向して形成された側面励振電極31c,31dと他方の脚部32の主面に対向して形成された側面励振電極32a、32bとを基部33に形成された配線電極により共通接続されている。なお、当該水晶板上に形成された電極は、例えば下層がクロム層、その上層にクロム+銀層、さらにその上層に銀層を形成した構成である。これら共通接続された2端子を各々電極パッド12,13に対応する位置に引き出しており、導電性接合材(図示せず)により導電接合されている。これにより音叉型水晶振動板3は主面基部の一部を支持部分とした、片持ち支持された状態でセラミックパッケージに収納されている。
【0022】
セラミックパッケージを気密封止する金属製のフタ2はコバール等の金属母材20の上下面に金属膜層を形成した構成である。金属製のフタの上面すなわちパッケージとの非接合面にはニッケル層21がメッキ等の手段により形成され、当該金属フタの下面すなわち前記セラミックパッケージ側には銅層22、銀ろう層23の順に形成されている。当該銅層22、銀ろう層23の形成は、例えば圧延の手法を用いて形成されて、クラッド化されている。クラッド化することにより溶融時のガスの放出が少なく、ガスによるパッケージ内部への悪影響を回避することができるという利点を有している。
【0023】
金属製のフタ2と前記セラミックパッケージ1の各金属膜層の接合は、真空雰囲気中でビーム溶接あるいはシーム溶接を行い、これにより主に金属製のフタの銀ろうが溶融し、気密接合が行われる。完成した当該音叉型水晶振動子の質量Aに対する前記音叉型水晶振動板の質量Bの質量比(A/B)は30以上設定している。なお、音叉型水晶振動板の質量はその表面に形成された電極材料も含まれている。
【0024】
なお、質量比を調整する方法として、上記検証実験において説明したように、音叉型圧電振動板のサイズを変更したり、パッケージサイズを変更する以外に、例えばパッケージの肉厚を厚くしたり、パッケージ材料に比重の大きい材料を用いたり、あるいは音叉型圧電振動板に形成する電極材料の比重を小さくしたり、する等の調整をすればよい。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、当該音叉型圧電振動子の質量Aに対する前記音叉型圧電振動板の質量Bの質量比(A/B)を30以上にしたことを特徴としているので、圧電振動板からの振動漏れがある場合でも、電気的特性の変動を抑制することができる。よって、電気的特性の安定した音叉型圧電振動子を得ることができる。
【0026】
またパッケージに形成された電極パッドと前記音叉型圧電振動板の主面基部の一部を接合する構成においても、振動漏れによる周波数変動を抑制することができる。
【0027】
また、音叉型圧電振動子の質量Aに対する前記音叉型圧電振動板の質量Bの質量比(A/B)が30以上のものにおいてt/wは0.7以下にすることにより、振動漏れによる周波数変動をより良好に抑制することができる音叉型圧電振動子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態による分解斜視図。
【図2】 図1の各構成要素を組み立てた場合の内部断面図。
【図3】 音叉型圧電振動子の電極配線を示す図。
【図4】 検証実験データを示すグラフ。
【図5】 検証実験データを示すグラフ。
【符号の説明】
1 セラミックパッケージ
2 金属フタ
23 金属ろう層(銀ろう層)
3 音叉型水晶振動板(音叉型圧電振動板)
31,32 脚部
33 基部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tuning fork type piezoelectric vibrator used for a clock source of an electronic device or the like.
[0002]
[Prior art]
The tuning fork type piezoelectric vibrator uses a tuning fork type piezoelectric diaphragm having a pair of leg portions and a base portion connecting one end side as an element. One end of the leg portion is a free end and the lower portion of the base portion is fixed. It is electrically and mechanically connected to an electrode pad provided on the package as an end by a conductive bonding material. (See, for example, JP-A-11-312948)
[0003]
The tuning fork type piezoelectric vibrator obtains a predetermined frequency by mechanical resonance of the legs, but a commonly used vibration mode is a bending vibration in which a pair of legs starts from the base and the free end approaches and separates in a plane. Mode. In order to obtain such a vibration mode, an X-cut quartz plate is usually used, but the processing method from a quartz wafer to individual tuning-fork type quartz plates is based on mechanical processing using a wire saw or the like, and photolithography technology. There is a chemical processing method used. Regardless of whether the tuning fork type quartz diaphragm is obtained by a mechanical processing method or a chemical method, adjusting the vibration balance of the pair of legs is an important factor for improving the performance of the piezoelectric vibrator. It has become. That is, when the vibration balance of the leg is unbalanced, the vibration energy is not sufficiently attenuated at the base, and when the base is joined to the package, the deterioration of the CI (crystal impedance) value and the frequency fluctuation are remarkable. This is because they may appear and do not satisfy the required electrical performance.
[0004]
The method for adjusting the vibration balance varies depending on the manufacturing method. As an example of adjusting the electrical characteristics of the tuning fork type piezoelectric diaphragm obtained by the mechanical processing method, for example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 59-5713, the tuning fork type After a predetermined excitation electrode is formed on the quartz diaphragm, the tip of one or both of the legs is ground with a rotating grindstone, and at the same time, the electrical characteristics such as CI (crystal impedance) value and frequency are monitored in real time. Thus, a predetermined vibration balance adjustment is performed, and further, the balance adjustment is further performed by attaching a metal film material having an additional mass to the tip portion of the leg portion by vacuum deposition or the like in a state of being incorporated in a package.
[0005]
In the chemical processing method, the adjustment with the rotating grindstone as described above is not normally performed, and a metal film material is added to the tip of the leg portion, or the adjustment metal film formed in advance is cut off. It was removed with a laser beam, etc., and the electrical characteristics changed by this work were monitored and predetermined adjustments were made. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-312948 also discloses that the frequency is adjusted with a laser beam or an electron beam.
[0006]
However, even when the vibration balance adjustment as described above is performed, there is a case where the balance is not completely achieved or an unbalance exceeding the detection capability of the adjustment device remains. In such an unbalanced tuning fork type piezoelectric diaphragm, the vibration energy of the leg portion is not attenuated as intended at the base portion, and the vibration energy remains in the base portion. When such a base is bonded to the electrode pad of the package, vibration energy may leak from the base to the package. Such vibration leakage is also called acoustic leakage, and vibration energy leaks through the entire tuning-fork type piezoelectric vibrator. Therefore, depending on the mounting state with the mounting board on which it is mounted, electrical characteristics such as frequency may be present. It sometimes fluctuated. In particular, when the main surface of the base portion of the tuning fork type piezoelectric diaphragm is bonded to the electrode pad of the ceramic package, the amount of vibration leakage and its probability tend to increase due to the wide bonding area.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a tuning fork type piezoelectric vibrator having a stable electric characteristic by suppressing a decrease in electric characteristics due to vibration leakage as much as possible in the tuning fork type piezoelectric vibrator. It is intended.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a tuning fork type piezoelectric vibrator having a tuning fork type piezoelectric diaphragm housed in a package and hermetically sealed, and a mass ratio of the tuning fork type piezoelectric diaphragm is related to vibration leakage of the tuning fork type piezoelectric vibrator. It can be realized by the following configurations.
[0009]
A tuning fork type piezoelectric vibrator according to claim 1 has a pair of legs and a base for connecting the legs, a tuning fork type piezoelectric vibration plate having excitation electrodes formed on a main surface and side surfaces, and the tuning fork type piezoelectric vibration. A tuning fork type piezoelectric vibration comprising a ceramic package having an electrode pad on the inner bottom surface, a conductive bonding material for conductively bonding the ceramic package and the tuning fork type piezoelectric vibration plate, and a lid for hermetically sealing the package The leg portion of the tuning fork type piezoelectric diaphragm has a dimensional ratio (t / w) of the leg width w to the leg thickness t of 0.7 or less and a leg thickness t of 0. 1 mm or more, a part of one main surface of the tuning fork type piezoelectric diaphragm base is bonded to an electrode pad formed on the ceramic package by the conductive bonding material, and the mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator Before Is a tuning fork type piezoelectric vibrator, characterized in that the mass ratio of the mass B of the tuning-fork type piezoelectric vibrating plate (A / B) over 30. The mass B of the tuning fork type piezoelectric diaphragm is a mass including the tuning fork type quartz plate and the excitation electrode formed on the surface of the tuning fork type piezoelectric diaphragm. The mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator is the tuning fork type piezoelectric diaphragm in the package. It shows the mass mounted, bonded with a conductive bonding material, and hermetically sealed with a lid.
[0010]
In many cases, a surface-mounted tuning fork type piezoelectric vibrator usually joins a part of a main surface of a base portion with a relatively large area. As described above, the present invention functions effectively even with such a configuration, and deterioration of electrical characteristics due to vibration leakage can be suppressed.
[0011]
Next, the reason why the mass ratio of the mass B of the tuning fork type piezoelectric diaphragm to the mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator is set to 30 or more (A / B) will be described. FIG. 4 is a graph showing the rate of occurrence of acoustic leak (vibration leak) when the mass ratio is changed (A / B). The basic configuration of the sample used is the configuration shown in the first embodiment. The tuning fork type piezoelectric diaphragm is a tuning fork type crystal diaphragm on which an excitation electrode is formed, and the tuning fork type piezoelectric vibrator is used as a package. It is housed and bonded with a conductive bonding material and then hermetically sealed with a metal lid. Samples 1 to 3 use packages of the same outer size. Sample 1 has a mass A of the vibrator and sample 1 has a mass ratio of about 17 (the mass A of the vibrator is 0.026526 g, and the mass B of the diaphragm is 0). Sample 2 has a mass ratio of about 27 (oscillator mass A is 0.02599 g, diaphragm mass B is 0.000954 g), and sample 3 has a mass ratio (oscillator mass A is 0.005 g). 05247g, and the mass B of the diaphragm is about 33.00090g). Note that the difference in vibrator weight between samples 1 to 3 is due to the difference in the weight of the diaphragm and the difference in the amount and weight of the conductive bonding material. Samples 4 to 6 use packages having the same outer size, and have a larger outer size than the packages used in samples 1 to 3. Sample 4 has a mass ratio of about 32 (vibrator A is 0.05088 g, diaphragm B is 0.00001590 g), and sample 5 has a mass ratio of about 37 (vibrator A is 0.05883 g, diaphragm B is 0 Sample 6 has a mass ratio of about 66 (vibrator A is 0.05362 g, diaphragm B is 0.000813 g). In the measurement of the vibrator and the diaphragm, 1000 masses are measured, and the weight per one is calculated from this value.
[0012]
A verification experiment was performed on 100 samples arbitrarily selected from the above samples, and the frequency variation rate was confirmed in order to confirm the rate of occurrence of acoustic leakage. A package in which the hermetically sealed package was pressed at a predetermined pressure and the frequency changed by 5 ppm or more was defined as an acoustic leak generating product. Note that the tuning fork type piezoelectric diaphragm used in any of the samples is machined using a wire saw, and has been adjusted for characteristics by adjusting the tip of the leg portion by grinding. It can be understood from FIG. 4 that the acoustic leak, that is, the vibration leak is greatly reduced by setting the mass ratio to 30 or more regardless of the package size.
[0013]
Since the frequency of the tuning fork vibrator depends on the leg length (l) and leg width (w) of the diaphragm, the leg width (w) does not substantially vary. For this reason, the diaphragm is made thinner by reducing the dimensional ratio (t / w), and when it is 0.7 or less, the effect of reducing the weight of the diaphragm becomes obvious. However, in order to secure the electrode region formed on the side surface of the tuning-fork type piezoelectric diaphragm, the thickness t of the leg portion is required to be 0.1 mm or more, so the above-mentioned limited range is a preferable numerical range.
[0014]
Tuning fork type piezoelectric vibrators, particularly tuning fork type piezoelectric vibrators obtained by the above-mentioned mechanical processing method, tend to have variations in processing accuracy, and the vibration imbalance increases as the leg width w increases with respect to the leg width w. It is known that this is likely to occur. FIG. 5 is a graph showing the frequency change rate when t / w is varied, and a verification experiment was performed on three types of samples with different mass ratios. Sample A has a mass ratio of 27, and is plotted with crosses in FIG. Sample B has a mass ratio of 30 and is plotted with circles in FIG. Further, sample C has a mass ratio of 35, and is plotted with ◎ in FIG. Among these samples, samples B and C, that is, those having a mass ratio of 30 and 35 have a frequency change rate within a favorable range when t / w is 0.7 or less. Each diaphragm has a thickness of 0.15 mm.
[0015]
As can be seen from the graph of FIG. 5, the rate of frequency change increases as the leg thickness t becomes relatively large. In particular, when t / w is 0.7 or more, this is a practical problem. It is a value. Therefore, when the mass ratio (A / B) of the mass B of the tuning fork type piezoelectric diaphragm to the mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator is 30 or more, t / w is preferably 0.7 or less, and as described above. In order to secure the side surface electrode formation region, the thickness t of the leg portion is required to be 0.1 mm or more, so the above-mentioned limited range is a preferable numerical range.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 and FIG. 2, taking a surface-mounted tuning fork type crystal resonator as an example. FIG. 1 is an exploded perspective view showing the present embodiment, FIG. 2 is a view schematically showing an internal cross-sectional view when FIG. 1 is assembled, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing an electrode configuration of a tuning-fork type crystal plate leg. FIG. In FIGS. 1 and 2, the electrode film formed on the tuning fork type quartz diaphragm is not clearly shown. The tuning fork type crystal resonator includes a ceramic package 1 having a concave portion with an open top, a tuning fork type crystal vibration plate 3 which is a piezoelectric vibration plate housed in the package, and a metal bonded to the opening of the package. It consists of the lid 2 made from.
[0017]
In the concave ceramic package 1 as viewed in cross section, a circumferential metal layer 11 is formed on a bank portion 10a around the concave shape. Although not shown in detail, the metal layer 11 includes a metallized layer made of, for example, tungsten or molybdenum, and a plated layer made of nickel, gold, or the like formed on the metallized layer. Castellations C1, C2, C3, and C4 are formed at four corners of the outer periphery of the ceramic package. Of these, metal conductors 14 and 15 are formed below the castellations C1 and C2, and the metal conductors 14 and 15 are electrically connected to electrode pads described later. Further, metal conductors 16 and 17 are formed on the castellations C3 and C4 from the upper end to the lower end, and are electrically connected to the metal layer 11 and ground terminals E3 and E4 (E3 not shown) formed on the bottom surface of the ceramic package. Connected to.
[0018]
As shown in FIG. 2, the ceramic package 1 includes a rectangular flat plate-shaped package substrate 1a, a first ceramic frame 1b having a large central portion and substantially the same size as the package base, and the first ceramic package 1a. The ceramic frame 1b and a second ceramic frame 1c having substantially the same shape, these layers are laminated and fired integrally. The metal layer 11 described above is formed on the upper surface of the second ceramic frame 1c.
[0019]
Electrode pads 12 and 13 are formed on the inner bottom surface of the ceramic package 1. These electrode pads are connected to the device terminals E1 and E1 on the bottom surface outside the package via connection electrodes 12a and 13a (13a not shown). It is electrically drawn out as E2 (E2 is not shown).
[0020]
A tuning fork type quartz diaphragm 3 which is a piezoelectric diaphragm is mounted between the electrode pads 12 and 13. The tuning fork type quartz diaphragm 3 has a shape having a pair of leg portions 31 and 32 and a base portion 33 for connecting the leg portions 31 and 32 at one end side. Such tuning-fork type processing can be obtained from a quartz wafer by a mechanical cutting means such as a wire saw, or may be formed by chemical processing means by photolithography technology.
[0021]
As shown in FIG. 3, independent excitation electrodes are formed on the total four surfaces of the main surface and side surfaces of each leg portion of the tuning fork type quartz diaphragm. Main surface excitation electrodes 31a and 31b formed to face the main surface of one leg portion 31 and side surface excitation electrodes 32c and 32d formed to face the side surface of the other leg portion 32 are formed on the base 33. Side-exciting electrodes 31c, 31d formed opposite to the side surfaces of one leg 31 and side-exciting electrodes 32a formed opposite to the main surface of the other leg 32, 32b is commonly connected by wiring electrodes formed on the base 33. The electrode formed on the quartz plate has a structure in which, for example, the lower layer is a chromium layer, the upper layer is a chromium + silver layer, and the upper layer is a silver layer. These two commonly connected terminals are drawn out to positions corresponding to the electrode pads 12 and 13, respectively, and are conductively bonded by a conductive bonding material (not shown). As a result, the tuning fork type quartz diaphragm 3 is housed in the ceramic package in a cantilevered state with a part of the main surface base portion as a supporting portion.
[0022]
The metal lid 2 hermetically sealing the ceramic package has a configuration in which metal film layers are formed on the upper and lower surfaces of a metal base material 20 such as Kovar. A nickel layer 21 is formed on the upper surface of the metal lid, that is, the non-joint surface with the package, by means such as plating, and a copper layer 22 and a silver brazing layer 23 are formed in this order on the lower surface of the metal lid, that is, the ceramic package side. Has been. The copper layer 22 and the silver brazing layer 23 are formed using, for example, a rolling technique and are clad. By making the clad, there is an advantage that gas is not released at the time of melting, and adverse effects of the gas on the inside of the package can be avoided.
[0023]
The metal lid 2 and each metal film layer of the ceramic package 1 are joined by beam welding or seam welding in a vacuum atmosphere, which mainly melts the silver brazing of the metal lid and performs hermetic joining. Is called. The mass ratio (A / B) of the mass B of the tuning-fork type quartz diaphragm to the mass A of the completed tuning-fork type quartz vibrator is set to 30 or more. The mass of the tuning-fork type quartz diaphragm includes the electrode material formed on the surface thereof.
[0024]
As a method for adjusting the mass ratio, as described in the verification experiment, in addition to changing the size of the tuning fork type piezoelectric diaphragm, or changing the package size, for example, increasing the thickness of the package, Adjustment may be made such as using a material having a high specific gravity or reducing the specific gravity of the electrode material formed on the tuning-fork type piezoelectric diaphragm.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, the mass ratio (A / B) of the mass B of the tuning fork type piezoelectric diaphragm to the mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator is 30 or more. Even when there is vibration leakage, fluctuations in electrical characteristics can be suppressed. Therefore, a tuning fork type piezoelectric vibrator having stable electrical characteristics can be obtained.
[0026]
Further , even in a configuration in which the electrode pad formed on the package and a part of the main surface base portion of the tuning fork type piezoelectric diaphragm are joined, frequency fluctuation due to vibration leakage can be suppressed.
[0027]
Moreover, when the mass ratio (A / B) of the mass B of the tuning fork type piezoelectric diaphragm to the mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator is 30 or more, t / w is set to 0.7 or less, thereby causing vibration leakage. It is possible to obtain a tuning fork type piezoelectric vibrator capable of suppressing frequency fluctuations more favorably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view according to a first embodiment.
FIG. 2 is an internal cross-sectional view when the components shown in FIG. 1 are assembled.
FIG. 3 is a diagram showing electrode wiring of a tuning fork type piezoelectric vibrator.
FIG. 4 is a graph showing verification experiment data.
FIG. 5 is a graph showing verification experiment data.
[Explanation of symbols]
1 Ceramic package 2 Metal lid 23 Metal brazing layer (silver brazing layer)
3 Tuning fork type quartz diaphragm (Tuning fork type piezoelectric diaphragm)
31, 32 Leg 33 Base

Claims (1)

一対の脚部と当該脚部を連結する基部を有するとともに、主面と側面に励振電極が形成された音叉型圧電振動板と、当該音叉型圧電振動板を収納するとともに内部底面に電極パッドを有するセラミックパッケージと、当該セラミックパッケージと前記音叉型圧電振動板を導電接合する導電接合材と、前記パッケージを気密封止するフタとからなる音叉型圧電振動子であって、
前記音叉型圧電振動板の脚部は脚部の厚さtに対する脚部幅wの寸法比(t/w)が0.7以下でかつ脚部の厚さtが0.1 mm 以上であるとともに、当該音叉型圧電振動板基部の一方の主面の一部は前記導電接合材によりセラミックパッケージに形成された電極パッドと接合され、かつ、当該音叉型圧電振動子の質量Aに対する前記音叉型圧電振動板の質量Bの質量比(A/B)を30以上にしたことを特徴とする音叉型圧電振動子。
A tuning fork-type piezoelectric diaphragm having a pair of legs and a base for connecting the legs, and an excitation electrode formed on the main surface and side surfaces, and housing the tuning-fork type piezoelectric diaphragm and electrode pads on the inner bottom surface a ceramic package having, a tuning fork type piezoelectric vibrator consisting of the with the ceramic package the tuning-fork type piezoelectric vibrating plate and a conductive bonding material to conductively joined, a cover for hermetically sealing the package,
The leg portion of the tuning fork type piezoelectric diaphragm has a dimensional ratio (t / w) of the leg width w to the leg thickness t of 0.7 or less and the leg thickness t of 0.1 mm or more. In addition, a part of one main surface of the tuning fork type piezoelectric diaphragm base is joined to an electrode pad formed on the ceramic package by the conductive joining material, and the tuning fork type with respect to the mass A of the tuning fork type piezoelectric vibrator. A tuning fork type piezoelectric vibrator characterized in that a mass ratio (A / B) of mass B of the piezoelectric diaphragm is 30 or more.
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