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JP2007081570A - Piezoelectric device - Google Patents

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JP2007081570A
JP2007081570A JP2005264364A JP2005264364A JP2007081570A JP 2007081570 A JP2007081570 A JP 2007081570A JP 2005264364 A JP2005264364 A JP 2005264364A JP 2005264364 A JP2005264364 A JP 2005264364A JP 2007081570 A JP2007081570 A JP 2007081570A
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JP
Japan
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base
vibration
vibrating
natural frequency
arm
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Pending
Application number
JP2005264364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriya Hirasawa
憲也 平沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2005264364A priority Critical patent/JP2007081570A/en
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

【課題】 音叉型圧電振動片を実装した圧電デバイスにおいて、より一層の小型化を図りながら、温特ディップ現象による不都合を解消し、CI値を低く抑制しかつ安定した温度特性を確保する。
【解決手段】 基部8と、該基部から平行に延出する複数の振動腕9,10と、基部から振動腕と平行に延出する固定用腕13,14とを有する音叉型水晶振動片を、固定用腕をマウント部においてベースに固着することにより固定支持する圧電振動子1において、該振動片の励振時に、振動腕の屈曲振動の固有振動数と振動片の厚み方向に発生する同相振動の固有振動数とが、所定の使用温度範囲において異なるように、マウント部の位置、長さまたはその硬さを設定した。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate inconvenience due to a temperature special dip phenomenon in a piezoelectric device mounted with a tuning fork type piezoelectric vibrating piece while further miniaturizing, to suppress a CI value low and to secure a stable temperature characteristic.
A tuning fork type crystal vibrating piece having a base 8, a plurality of vibrating arms 9 and 10 extending in parallel from the base, and fixing arms 13 and 14 extending in parallel with the vibrating arm from the base. In the piezoelectric vibrator 1 that is fixedly supported by fixing the fixing arm to the base at the mount portion, the in-phase vibration that occurs in the thickness direction of the vibrating piece and the natural frequency of the bending vibration of the vibrating arm when the vibrating piece is excited. The position, length, or hardness of the mount portion was set such that the natural frequency of the mount portion differs in a predetermined operating temperature range.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、音叉型圧電振動片をパッケージに実装した圧電振動子などの圧電デバイスに関する。   The present invention relates to a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator in which a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is mounted on a package.

近年、圧電デバイスは、これを搭載する電子機器の小型化に対応したより一層の小型化に加えて、振動損失を少なくしかつCI(クリスタルインピーダンス)値を低く抑制し、良好な温度特性を発揮する高品質、高い安定性が要求されている。音叉型圧電振動片においてCI値を低く保持するために、振動腕の表裏各主面に溝を設けた構造が開発されている(例えば、特許文献1、2を参照)。この溝付き振動腕構造では、溝の側面及び底面に成膜された電極と振動腕の各側面に成膜された電極との間で振動腕主面に平行な電界が発生し、電界効率が大幅に向上するので、振動片を小型化しても、CI値を低く抑制することができる。   In recent years, in addition to further miniaturization corresponding to miniaturization of electronic equipment on which the piezoelectric device is mounted, the piezoelectric device reduces vibration loss and suppresses the CI (crystal impedance) value, and exhibits good temperature characteristics. High quality and high stability are required. In order to keep the CI value low in the tuning fork type piezoelectric vibrating piece, a structure in which grooves are provided on the front and back main surfaces of the vibrating arm has been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In this grooved vibrating arm structure, an electric field parallel to the main surface of the vibrating arm is generated between the electrode formed on the side surface and the bottom surface of the groove and the electrode formed on each side surface of the vibrating arm. Since it greatly improves, the CI value can be kept low even if the resonator element is downsized.

このような溝付き構造の振動腕を有する音叉型水晶振動片であっても、より一層の小型化を進めるために、振動腕が突出する基部の長さを短くすると、CI値のばらつきが発生し易いという問題がある。また、振動腕の幅が小さくなると、通常の水平方向の屈曲振動に加えて、厚み方向成分の振動が発生し、振動エネルギが基部から漏れるという問題がある。かかる問題を解消するために、基部に切込み部を形成することにより、小型化しながら振動の漏れを緩和し、素子間におけるCI値のばらつきを安定させた音叉型圧電振動片が知られている(例えば、特許文献3を参照)。   Even in such a tuning-fork type crystal vibrating piece having a vibrating arm with a grooved structure, if the length of the base portion from which the vibrating arm protrudes is shortened in order to further reduce the size, variations in CI values occur. There is a problem that it is easy to do. Further, when the width of the vibrating arm is reduced, there is a problem that vibration in the thickness direction component occurs in addition to the normal horizontal bending vibration, and vibration energy leaks from the base. In order to solve such a problem, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is known in which a notch portion is formed in a base portion, vibration leakage is reduced while miniaturization is performed, and variation in CI value between elements is stabilized ( For example, see Patent Document 3).

また、機械的な振動の振動腕から基部への漏れを防止するために、音叉型圧電振動片が基部から振動腕と平行に延びる複数の固定用腕を備え、各固定用腕が重心の近傍の位置で基体と接合される構成の圧電デバイスが提案されている(例えば、特許文献4を参照)。同様に基部から振動腕と平行に延びる支持腕部を備え、振動腕部の中央付近まで延ばした支持腕部の先端部で圧電片をバランスよく実装基板上に支持するようにした音叉型圧電振動子が知られている(例えば、特許文献5を参照)。これらの音叉型圧電振動子は、外部からの衝撃に対しても、発振周波数のずれや変化を抑制することができる。   In addition, in order to prevent mechanical vibration from leaking from the vibrating arm to the base, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece includes a plurality of fixing arms extending in parallel with the vibrating arm from the base, and each fixing arm is in the vicinity of the center of gravity. There has been proposed a piezoelectric device configured to be bonded to a substrate at the position (for example, see Patent Document 4). Similarly, a tuning fork type piezoelectric vibration is provided with a support arm portion extending in parallel with the vibrating arm from the base, and the piezoelectric piece is supported on the mounting substrate in a balanced manner by the tip of the support arm portion extending to the vicinity of the center of the vibrating arm portion. A child is known (see, for example, Patent Document 5). These tuning fork type piezoelectric vibrators can suppress the deviation and change of the oscillation frequency even against an external impact.

更に、上述した溝付き構造の振動腕及び基部から振動腕と平行に延出するフレームを有し、増幅回路の増幅率と帰還回路の帰還率との関係により、衝撃や振動などの影響による2次高調波モード振動を抑制して、基本波モード振動で発振させるようにした音叉型水晶振動子が知られている(例えば、特許文献6を参照)。また、周波数温度特性を改善するために、屈曲振動と捩り振動とを結合させた音叉型水晶振動子が知られている(例えば、特許文献7を参照)。   Furthermore, the frame has a vibrating arm having a grooved structure and a frame extending in parallel with the vibrating arm from the base portion, and 2 due to the influence of impact or vibration depending on the relationship between the amplification factor of the amplifier circuit and the feedback factor of the feedback circuit. There is known a tuning fork type crystal resonator that suppresses second harmonic mode vibration and oscillates with fundamental wave mode vibration (see, for example, Patent Document 6). In addition, a tuning fork type crystal resonator in which bending vibration and torsional vibration are combined to improve frequency temperature characteristics is known (see, for example, Patent Document 7).

特開昭56−65517号公報JP-A-56-65517 再表00−44092号公報No. 00-44092 特開2002−261575号公報JP 2002-261575 A 特開2004−297198号公報JP 2004-297198 A 特開2004−357178号公報JP 2004-357178 A 特開2005−39767号公報JP 2005-39767 A 特公昭62−58175号公報Japanese Examined Patent Publication No. 62-58175

一般に音叉型圧電振動子は、図9に例示するように、使用温度範囲においてCI値が直線状に変化し、カーブフィット誤差が0に近い値を示す場合に、良好な温度特性を有するものと理解される。ところが、実際には、図10に例示するように、或る温度または温度範囲でCI値が異常に上昇し、それに伴って周波数が一時的に大きく変化する現象を生じる場合がある。これは、温度スプリアスまたは温特ディップとも呼ばれている。かかる現象が使用温度範囲に存在すると、圧電振動子の周波数及びCI値が不安定になり、ドライブレベル特性が劣化し、信頼性が低下するという問題が生じる。   In general, a tuning fork type piezoelectric vibrator has good temperature characteristics when the CI value changes linearly in the operating temperature range and the curve fit error shows a value close to 0, as illustrated in FIG. Understood. However, in practice, as illustrated in FIG. 10, there is a case where the CI value abnormally increases at a certain temperature or temperature range, and accordingly, a phenomenon in which the frequency temporarily changes greatly may occur. This is also called a temperature spurious or temperature special dip. If such a phenomenon exists in the operating temperature range, the frequency and CI value of the piezoelectric vibrator become unstable, causing a problem that drive level characteristics are deteriorated and reliability is lowered.

他方、音叉型水晶振動子は、その小型化により振動腕の幅が小さくなると、振動腕の剛性が低下して振動が不安定になり、CI値が上昇する傾向がある。特に振動腕の剛性低下は、落下などの衝撃により振動腕がパッケージ内壁に激突して損傷するという問題を生じる虞がある。これに対し、振動腕の厚みを大きくして剛性を高くすると、屈曲振動に加えて厚み方向の振動が発生するので、振動特性が劣化するという問題が生じる。   On the other hand, when the tuning fork type quartz resonator is reduced in size and the width of the vibrating arm is reduced, the rigidity of the vibrating arm is lowered, the vibration becomes unstable, and the CI value tends to increase. Particularly, the reduction in rigidity of the vibrating arm may cause a problem that the vibrating arm collides with the inner wall of the package due to an impact such as dropping. On the other hand, when the thickness of the vibrating arm is increased to increase the rigidity, vibration in the thickness direction occurs in addition to bending vibration, which causes a problem that the vibration characteristics deteriorate.

しかしながら、上述した従来技術の特許文献は、いずれも上記温特ディップ現象及びその解決方法について何ら言及していない。また、音叉型水晶振動子の小型化により振動腕の幅を小さくした場合に、その厚みを大きくすることなくCI値の上昇を解消し、落下等の衝撃に対して安定した周波数特性を維持、確保する有効な方法を開示していない。特許文献6に記載されるように、補正回路を付加する方法も考えられるが、装置全体が複雑になりかつ大型化し、コストが増大するなどの問題を生じる虞がある。   However, none of the above-described prior art patent documents mentions the above-mentioned temperature-specific dip phenomenon and its solution. In addition, when the width of the vibrating arm is reduced by downsizing the tuning fork type crystal resonator, the increase in CI value is eliminated without increasing the thickness, and stable frequency characteristics are maintained against impacts such as dropping. It does not disclose an effective way to ensure. As described in Patent Document 6, a method of adding a correction circuit is also conceivable. However, there is a possibility that the entire apparatus becomes complicated and large in size, resulting in an increase in cost.

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、音叉型圧電振動片を実装した圧電振動子などの圧電デバイスにおいて、より一層の小型化を図りながら、温特ディップ現象による不都合を解消することができ、それによりCI値を低く抑制しかつ安定した温度特性を確保することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object thereof is to achieve further miniaturization in a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator in which a tuning fork type piezoelectric vibrating piece is mounted. The inconvenience due to the temperature-specific dip phenomenon can be eliminated, thereby suppressing the CI value low and ensuring stable temperature characteristics.

本願発明者は、上記温特ディップ現象について様々な試験を行いかつ検討した。その結果、音叉型水晶振動子を加熱すると、図9及び図10に示すようなCI値温度特性において、温度ディップ現象が高温側にシフトし、逆に冷却しまたは落下などの衝撃を加えた場合には、低温側にシフトすることを見出した。これには、後述するように、振動片をパッケージに固定支持している導電性接着剤の硬さ即ちヤング率が関係していると考えられる。   The inventor of the present application conducted and examined various tests on the above-mentioned temperature-specific dip phenomenon. As a result, when the tuning fork type crystal resonator is heated, in the CI value temperature characteristics as shown in FIGS. 9 and 10, the temperature dip phenomenon shifts to the high temperature side, and on the contrary, an impact such as cooling or dropping is applied. Found that it shifted to the low temperature side. As will be described later, this is considered to be related to the hardness, that is, the Young's modulus of the conductive adhesive that fixes and supports the resonator element to the package.

また、本願発明者は、基部と該基部から平行に延出する複数の振動腕とを有し、かつ基部から振動腕と平行に延出する固定用腕においてベースに固定支持される音叉型水晶振動子について、固定用腕のマウント構造による振動片の振動状態について試験を行いかつ検討した。その結果、各固定用腕を1点位置で固定した場合には、通常の使用温度範囲で必ず温特ディップ現象が発生すること、及び各固定用腕をその延長方向に2点位置で固定した場合には、その固定位置及びそれら2点間の延長方向長さが温特ディップ現象の発生に関係することを見出した。また、振動片の厚さを大きくすると、温特ディップ現象が発生し難く、小さくすると発生し易いことを見出した。   Further, the inventor of the present application has a tuning fork crystal having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base and fixedly supported on the base by a fixing arm extending in parallel with the vibrating arm from the base. With respect to the vibrator, the vibration state of the resonator element by the mounting structure of the fixing arm was tested and examined. As a result, when each fixing arm is fixed at one point, a temperature characteristic dip phenomenon always occurs in the normal operating temperature range, and each fixing arm is fixed at two points in the extending direction. In some cases, it was found that the fixed position and the length in the extending direction between the two points are related to the occurrence of the temperature characteristic dip phenomenon. Further, it has been found that when the thickness of the resonator element is increased, the temperature characteristic dip phenomenon hardly occurs, and when the thickness is decreased, it is likely to occur.

更に、本願発明者は、これら温特ディップ現象の発生要因について様々な試験を行いかつ検討した。その結果、音叉型水晶振動片の屈曲振動とその厚み方向に発生する同相振動の2つの振動モードが温特ディップ現象の発生に関係することを見出した。即ち、温特ディップ現象は、屈曲振動の固有振動数と厚み方向の同相振動の固有振動数とが異なる場合には発生しないが、一致する場合には発生する。本願発明は、本願発明者のかかる知見に基づき、案出されたものである。   Furthermore, the inventor of the present application has conducted various tests and examined the factors that cause these temperature-specific dip phenomena. As a result, it has been found that the two vibration modes of the tuning fork type quartz vibrating piece and the in-phase vibration generated in the thickness direction are related to the occurrence of the temperature special dip phenomenon. That is, the temperature characteristic dip phenomenon does not occur when the natural frequency of the bending vibration is different from the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction, but occurs when they match. The present invention has been devised based on such knowledge of the present inventor.

本発明によれば、上記目的を達成するために、基部と、該基部から平行に延出する複数の振動腕とを有する音叉型圧電振動片をベースに固定支持し、圧電振動片の励振時に、振動腕の屈曲振動の固有振動数と圧電振動片の厚み方向に発生する同相振動の固有振動数とが、所定の使用温度範囲において異なるように構成した圧電デバイスが提供される。   According to the present invention, in order to achieve the above object, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base is fixedly supported on the base, and when the piezoelectric vibrating piece is excited, There is provided a piezoelectric device configured such that the natural frequency of the bending vibration of the vibrating arm and the natural frequency of the in-phase vibration generated in the thickness direction of the piezoelectric vibrating piece are different in a predetermined operating temperature range.

また、本願発明者は、基部から振動腕と平行に延出する固定用腕を更に有しかつ該固定用腕をベースに固着するマウント部により固定支持される音叉型圧電振動片において、該マウント部の位置、固定用腕の延長方向におけるマウント部の長さ、及びマウント部の硬さにより、厚み方向同相振動の固有振動数が屈曲振動の固定振動数と一致しないように構成できることを見出した。   The inventor further includes a tuning fork type piezoelectric vibrating piece that further includes a fixing arm extending in parallel with the vibrating arm from the base portion and is fixedly supported by a mounting portion that fixes the fixing arm to the base. It was found that the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction can be configured not to match the fixed frequency of the bending vibration depending on the position of the portion, the length of the mount portion in the extending direction of the fixing arm, and the hardness of the mount portion. .

そこで、或る実施例では、圧電振動片が、基部から振動腕と平行に延出する固定用腕を有し、かつ該固定用腕をベースに固着するマウント部により固定支持され、該マウント部の位置、長さまたはその硬さを、屈曲振動の固有振動数と厚み方向同相振動の固有振動数とが所定の使用温度範囲において異なるように設定した圧電デバイスが提供される。   Therefore, in one embodiment, the piezoelectric vibrating piece has a fixing arm extending in parallel with the vibrating arm from the base, and is fixedly supported by a mounting portion that fixes the fixing arm to the base. There is provided a piezoelectric device in which the position, length, or hardness thereof is set so that the natural frequency of the bending vibration and the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction are different within a predetermined operating temperature range.

また、或る実施例では、圧電振動片が、1対の振動腕と該振動腕の両側を延長する1対の固定用腕とを有し、各固定用腕のマウント部が、それぞれ該固定用腕の延長方向に沿って離隔された2つの接合部を有することにより、圧電振動片をバランス良く固定支持することができる。   In one embodiment, the piezoelectric vibrating piece has a pair of vibrating arms and a pair of fixing arms extending on both sides of the vibrating arms, and the mounting portions of the fixing arms are respectively fixed. By having two joint portions separated along the extension direction of the arm, the piezoelectric vibrating piece can be fixedly supported in a balanced manner.

別の実施例では、マウント部が導電性接着剤により固定用腕をベースに固着し、該導電性接着剤のヤング率を適当に選択することにより、屈曲振動の固有振動数と厚み方向同相振動の固有振動数とが所定の使用温度範囲において異なるように、マウント部の硬さを設定することができる。   In another embodiment, the mounting portion is fixed to the fixing arm with a conductive adhesive, and the Young's modulus of the conductive adhesive is appropriately selected, so that the natural frequency of the flexural vibration and the in-phase vibration in the thickness direction are obtained. The hardness of the mount portion can be set so that the natural frequency differs from the natural frequency in a predetermined operating temperature range.

また、別の実施例では、外部からの衝撃による周波数のシフト量を考慮して、屈曲振動の固有振動数と厚み方向同相振動の固有振動数とが所定の使用温度範囲において異なるように設定することにより、衝撃に対しても安定な周波数特性を確保することができる。   In another embodiment, the natural frequency of the bending vibration and the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction are set to be different within a predetermined operating temperature range in consideration of the frequency shift amount due to an external impact. As a result, it is possible to ensure a stable frequency characteristic against an impact.

以下に、本発明の好適な実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明を適用した音叉型水晶振動子の構成を概略的に示している。この水晶振動子1は、パッケージ2とその内部に気密に封止された音叉型水晶振動片3とを備える。パッケージ2は、複数のセラミックス薄板4a,4bを積層したベース4と矩形薄板の蓋5とから概ね矩形箱状に構成されている。ガラス又はセラミックス等の絶縁材料からなる蓋5は、例えば低融点ガラス6でベース4の上端面に気密に接合される。また、ベース4の底面には、外部回路と接続するための外部端子7が設けられている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 schematically shows the configuration of a tuning fork type crystal resonator to which the present invention is applied. This crystal unit 1 includes a package 2 and a tuning fork type crystal vibrating piece 3 hermetically sealed inside. The package 2 is generally formed in a rectangular box shape from a base 4 in which a plurality of ceramic thin plates 4 a and 4 b are laminated and a rectangular thin plate lid 5. The lid 5 made of an insulating material such as glass or ceramics is airtightly joined to the upper end surface of the base 4 with, for example, a low melting glass 6. Further, an external terminal 7 for connecting to an external circuit is provided on the bottom surface of the base 4.

音叉型水晶振動片3は、基部8から平行に延長する1対の振動腕9,10を有し、その表裏各主面には、それぞれ基部側端部即ち音叉の股部から先端部に向けて長手方向に延長する直線状の溝11,12が形成されている。更に、水晶振動片3は、基部8からその両側に振動腕9,10と平行に延長する1対の固定用腕13,14を有する。基部8の両側辺には、振動腕から基部への振動漏れを緩和するための切込み部15,15が、それぞれ固定用腕13,14との結合部より先端側に形成されている。   The tuning-fork type crystal vibrating piece 3 has a pair of vibrating arms 9 and 10 extending in parallel from the base portion 8, and the front and back main surfaces are respectively directed to the base side end portion, that is, from the crotch portion of the tuning fork to the tip portion. Thus, linear grooves 11 and 12 extending in the longitudinal direction are formed. Further, the quartz crystal vibrating piece 3 has a pair of fixing arms 13 and 14 that extend in parallel with the vibrating arms 9 and 10 from the base 8 on both sides thereof. On both sides of the base 8, notches 15 and 15 for reducing vibration leakage from the vibrating arm to the base are formed on the tip side from the joints with the fixing arms 13 and 14, respectively.

図1(C)に示すように、各振動腕9,10の溝11,12には、その側面及び底面に成膜した電極膜からなる第1電極16,17が形成され、かつ前記各振動腕の側面には、第2電極18,19が形成されている。一方の振動腕の第1電極16(17)は他方の振動腕の第2電極19(18)に電気的に接続されて、水晶振動片3を振動させる駆動電極を構成している。基部8には、後述するようにパッケージ側に接続するために、前記駆動電極から接続電極20,21が引き出され、更にそれぞれ対応する固定用腕13,14の表面まで引き出されている。   As shown in FIG. 1C, the grooves 11 and 12 of the vibrating arms 9 and 10 are respectively formed with first electrodes 16 and 17 made of electrode films formed on the side and bottom surfaces thereof, and the vibrations. Second electrodes 18 and 19 are formed on the side surfaces of the arms. The first electrode 16 (17) of one vibrating arm is electrically connected to the second electrode 19 (18) of the other vibrating arm to constitute a drive electrode for vibrating the crystal vibrating piece 3. As will be described later, connection electrodes 20 and 21 are drawn from the drive electrodes to the base 8 and further to the surfaces of the corresponding fixing arms 13 and 14, respectively.

水晶振動片3は、固定用腕13,14においてベース4内部の空所底部に略水平に固定支持されている。各固定用腕13,14は、その延長方向に離隔した2点位置でそれぞれ導電性接着剤からなる接合部22,23,24,25により、ベース4底面の対応する接続端子26,27,28,29に固着されかつ電気的に接続されている。   The crystal vibrating piece 3 is fixed and supported substantially horizontally on the bottom of the space inside the base 4 by the fixing arms 13 and 14. Each fixing arm 13, 14 is connected to a corresponding connection terminal 26, 27, 28 on the bottom surface of the base 4 by joint portions 22, 23, 24, 25 made of a conductive adhesive at two points separated in the extension direction. , 29 and are electrically connected.

図2は、本発明の変形例による音叉型水晶振動子を示している。この変形例は、各固定用腕13,14が、その延長方向に離隔した2点位置間で連続する導電性接着剤からなる接合部30により、ベース4底面の対応する接続端子31に固着されている点において、図1の実施例と異なる。   FIG. 2 shows a tuning fork type crystal resonator according to a modification of the present invention. In this modification, each of the fixing arms 13 and 14 is fixed to the corresponding connection terminal 31 on the bottom surface of the base 4 by a joint portion 30 made of a conductive adhesive continuous between two positions separated in the extension direction. 1 is different from the embodiment of FIG.

図1の実施例において、接続端子20,21から前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、隣接する第1電極16,17と第2電極18,19間で電界が交互に逆向きに発生し、振動腕9,10が水平方向(図中X方向)に互いに逆向きに屈曲振動を繰り返し行う。これと同時に、振動腕9,10には、前記接合部からなるマウント部を支点として、その厚み方向(図中Z方向)に同相振動が発生する。   In the embodiment of FIG. 1, when a predetermined AC voltage is applied to the drive electrode from the connection terminals 20 and 21, an electric field is alternately generated in the opposite direction between the adjacent first electrodes 16 and 17 and the second electrodes 18 and 19. Then, the vibrating arms 9 and 10 repeatedly perform bending vibration in the horizontal direction (X direction in the drawing) in opposite directions. At the same time, the vibrating arms 9 and 10 generate in-phase vibrations in the thickness direction (Z direction in the figure) using the mount portion formed of the joint portion as a fulcrum.

図3は、前記導電性接着剤の硬さ即ちヤング率に関する周波数の変化を示している。同図に示すように、屈曲振動の周波数は、ヤング率の値に拘わらず概ね一定である。これに対し、厚み方向(Z方向)の同相振動は、ヤング率の値によって変化する。また、これら振動モードの振動数は、或るヤング率において一致する場合がある。このような場合、水晶振動子1には温特ディップ現象が発生する。   FIG. 3 shows a change in frequency related to the hardness of the conductive adhesive, that is, the Young's modulus. As shown in the figure, the frequency of flexural vibration is substantially constant regardless of the value of Young's modulus. On the other hand, the in-phase vibration in the thickness direction (Z direction) varies depending on the value of Young's modulus. In addition, the frequencies of these vibration modes may coincide at a certain Young's modulus. In such a case, a temperature characteristic dip phenomenon occurs in the crystal unit 1.

上述したように、音叉型水晶振動子を加熱した場合には、CI値温度特性において温度ディップ現象が高温側にシフトし、逆に冷却しまたは落下などの衝撃を加えた場合には、低温側にシフトする。従って、本実施例では、所望の使用温度範囲において、屈曲振動の固有振動数と厚み方向同相振動の固定振動数が異なるように導電性接着剤のヤング率を設定することにより、温特ディップ現象を回避することができる。また、温度変化だけでなく、落下などの衝撃によるシフト量を考慮して導電性接着剤のヤング率を設定し、衝撃に対して安定した周波数特性を確保することができる。   As described above, when the tuning fork type crystal resonator is heated, the temperature dip phenomenon shifts to the high temperature side in the CI value temperature characteristics, and conversely, when an impact such as cooling or dropping is applied, the low temperature side Shift to. Therefore, in this embodiment, by setting the Young's modulus of the conductive adhesive so that the natural frequency of the bending vibration and the fixed frequency of the in-phase vibration in the thickness direction are different in the desired operating temperature range, the temperature characteristic dip phenomenon Can be avoided. In addition, the Young's modulus of the conductive adhesive can be set in consideration of not only the temperature change but also the shift amount due to the impact such as dropping, and the frequency characteristics stable against the impact can be ensured.

また、本実施例では、固定用腕13,14の基部側端縁即ち基部8の端縁8aから基部側の接合部22,23までの距離L1を前記マウント部の位置として、これを適当に選択することにより、同様に屈曲振動の固有振動数と厚み方向同相振動の固定振動数が異なるように設定することができる。更に本実施例では、基部8の端縁8aから先端側の接合部24,25までの距離L2と距離L1との差を前記マウント部の長さとして、これを適当に選択することにより、屈曲振動の固有振動数と厚み方向同相振動の固定振動数とが異なるように設定することができる。   Further, in this embodiment, the distance L1 from the base side end edge of the fixing arms 13 and 14, that is, the end edge 8a of the base part 8 to the base side joint parts 22 and 23, is used as the position of the mount part. By selecting, the natural frequency of the bending vibration and the fixed frequency of the in-phase vibration in the thickness direction can be similarly set differently. Furthermore, in this embodiment, the difference between the distance L2 from the edge 8a of the base 8 to the joints 24 and 25 on the distal end side and the distance L1 is set as the length of the mount portion, and the bending portion is appropriately selected. The natural frequency of the vibration and the fixed frequency of the in-phase vibration in the thickness direction can be set differently.

次の条件で音叉型水晶振動片をシリコーン系接着剤でマウントした図1の音叉型水晶振動子について、その厚みを変化させた場合における固有振動数の変化、及びCI値温度特性を試験した。
振動片寸法: 振動片全長=1450μm、振動腕長さ=1250μm、振動腕幅=60μm、溝幅=40μm
マウント位置: L1=250μm
マウント長さ: LM=500μm
この結果を図4に示す。
The tuning fork type crystal resonator of FIG. 1 in which the tuning fork type crystal vibrating piece was mounted with a silicone adhesive under the following conditions was tested for changes in natural frequency and CI value temperature characteristics when the thickness was changed.
Vibration piece dimensions: Vibration piece total length = 1450 μm, vibration arm length = 1250 μm, vibration arm width = 60 μm, groove width = 40 μm
Mount position: L1 = 250 μm
Mount length: LM = 500μm
The result is shown in FIG.

図4(A)に示すように、厚み100μmにおいて、屈曲振動と厚み方向同相振動とが結合している。そして、図4(B)に示す厚み100μmの場合には、温特ディップ現象が発生し、図4(C)に示す厚み120μmでは、温特ディップ現象が発生していないことが分かる。   As shown in FIG. 4A, at a thickness of 100 μm, bending vibration and in-phase vibration in the thickness direction are coupled. It can be seen that when the thickness is 100 μm shown in FIG. 4B, the temperature characteristic dip phenomenon occurs, and when the thickness is 120 μm shown in FIG. 4C, the temperature characteristic dip phenomenon does not occur.

また、次の条件で音叉型水晶振動片をシリコーン系接着剤でマウントした図1の音叉型水晶振動子について、そのマウント位置L1を変化させた場合における固有振動数の変化、及びCI値温度特性を試験した。
振動片寸法: 振動片全長=1450μm、振動腕長さ=1250μm、振動腕幅=60μm、溝幅=40μm、厚み=100μm
マウント長さ: LM=500μm
この結果を図5に示す。
Further, with respect to the tuning fork type crystal resonator of FIG. 1 in which the tuning fork type crystal vibrating piece is mounted with a silicone adhesive under the following conditions, the change in natural frequency and the CI value temperature characteristic when the mounting position L1 is changed. Was tested.
Vibration piece dimensions: Vibration piece total length = 1450 μm, vibration arm length = 1250 μm, vibration arm width = 60 μm, groove width = 40 μm, thickness = 100 μm
Mount length: LM = 500μm
The result is shown in FIG.

図5(A)に示すように、マウント位置L1=250μmにおいて、屈曲振動と厚み方向同相振動とが結合している。そして、図5(B)に示すマウント位置L1=250μmの場合には、温特ディップ現象が発生し、図5(C)に示すマウント位置L1=0μmでは、温特ディップ現象が発生していないことが分かる。   As shown in FIG. 5A, the bending vibration and the in-phase vibration in the thickness direction are coupled at the mount position L1 = 250 μm. When the mount position L1 = 250 μm shown in FIG. 5B, a temperature special dip phenomenon occurs. At the mount position L1 = 0 μm shown in FIG. 5C, no temperature special dip phenomenon occurs. I understand that.

また、次の条件で音叉型水晶振動片をシリコーン系接着剤でマウントした図1の音叉型水晶振動子について、そのマウント長さLMを変化させた場合における固有振動数の変化、及びCI値温度特性を試験した。
振動片寸法: 振動片全長=1450μm、振動腕長さ=1250μm、振動腕幅=60μm、溝幅=40μm、厚み=120μm
マウント位置: L1=250μm
この結果を図6乃至図8に示す。
Further, with respect to the tuning fork type crystal resonator of FIG. 1 in which the tuning fork type crystal vibrating piece is mounted with a silicone adhesive under the following conditions, the change in natural frequency and the CI value temperature when the mount length LM is changed. The properties were tested.
Vibration piece dimensions: Vibration piece total length = 1450 μm, vibration arm length = 1250 μm, vibration arm width = 60 μm, groove width = 40 μm, thickness = 120 μm
Mount position: L1 = 250 μm
The results are shown in FIGS.

図6(A)及び図7(A)に示すように、マウント長さLM=100μm、250μmにおいて、屈曲振動と厚み方向同相振動とが結合している。そして、これらの場合には、図6(B)及び図7(B)に示すように温特ディップ現象が発生している。これに対し、図8(A)に示すマウント長さLM=500μmでは、屈曲振動と厚み方向同相振動とが結合しておらず、図8(B)に示すように温特ディップ現象が発生していないことが分かる。また、この傾向は、マウント位置を変えても同様の結果であった。   As shown in FIGS. 6A and 7A, the bending vibration and the in-phase vibration in the thickness direction are coupled at the mount lengths LM = 100 μm and 250 μm. In these cases, the temperature characteristic dip phenomenon occurs as shown in FIGS. On the other hand, at the mount length LM = 500 μm shown in FIG. 8A, the bending vibration and the in-phase vibration in the thickness direction are not coupled, and the temperature characteristic dip phenomenon occurs as shown in FIG. 8B. I understand that it is not. This tendency was the same result even when the mount position was changed.

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、音叉型圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be implemented by adding various changes and modifications to the above embodiments within the technical scope thereof. For example, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece can use various piezoelectric single crystal materials such as lithium niobate in addition to quartz.

(A)図は本発明による音叉型水晶振動子を示す平面図、(B)図はその縦断面図、(C)図は(A)図のI−I線における振動腕の拡大断面図。(A) is a plan view showing a tuning fork type crystal resonator according to the present invention, (B) is a longitudinal sectional view thereof, and (C) is an enlarged sectional view of a vibrating arm taken along line II in FIG. 本発明の変形例による音叉型水晶振動子の部分縦断面図。The fragmentary longitudinal cross-sectional view of the tuning fork type crystal resonator by the modification of this invention. 図1の水晶振動子において水晶振動片をベースに固着する導電性接着剤のヤング率に関する振動数の変化を示す線図。The diagram which shows the change of the frequency regarding the Young's modulus of the conductive adhesive which fixes a quartz crystal vibrating piece to a base in the crystal oscillator of FIG. (A)図は水晶振動片の厚みの変化に対する固有振動数の変化を示す線図、(B)図及び(C)図は、それぞれ厚み100μm、120μmにおける温度特性を示す線図。(A) is a diagram showing changes in the natural frequency with respect to changes in the thickness of the quartz crystal resonator element, and (B) and (C) are diagrams showing temperature characteristics at thicknesses of 100 μm and 120 μm, respectively. (A)図は音叉型水晶振動片のマウント位置の変化に対する固有振動数の変化を示す線図、(B)図及び(C)図は、それぞれマウント位置L1=250μm、0μmにおける温度特性を示す線図。(A) is a diagram showing changes in the natural frequency with respect to changes in the mounting position of the tuning-fork type quartz vibrating piece, and (B) and (C) show temperature characteristics at the mounting positions L1 = 250 μm and 0 μm, respectively. Diagram. (A)図はマウント長さLM=100μmにおいて水晶振動片をベースに固定する接着剤のヤング率に関する固有振動数の変化を示す線図、(B)図はその温度特性を示す線図。(A) is a diagram showing a change in natural frequency related to the Young's modulus of an adhesive for fixing a quartz crystal resonator element to a base at a mount length LM = 100 μm, and (B) a diagram showing its temperature characteristics. (A)図はマウント長さLM=250μmにおいて水晶振動片をベースに固定する接着剤のヤング率に関する固有振動数の変化を示す線図、(B)図はその温度特性を示す線図。(A) is a diagram showing a change in natural frequency with respect to Young's modulus of an adhesive for fixing a quartz crystal resonator element to a base at a mount length LM = 250 μm, and (B) is a diagram showing its temperature characteristics. (A)図はマウント長さLM=500μmにおいて水晶振動片をベースに固定する接着剤のヤング率に関する固有振動数の変化を示す線図、(B)図はその温度特性を示す線図。(A) is a diagram showing changes in the natural frequency related to the Young's modulus of the adhesive that fixes the quartz crystal resonator element to the base at a mount length LM = 500 μm, and (B) is a diagram showing its temperature characteristics. 音叉型水晶振動子の良好な温度特性を示す線図。The diagram which shows the favorable temperature characteristic of a tuning fork type crystal unit. 音叉型水晶振動子の温度スプリアスを有する温度特性を示す線図。The diagram which shows the temperature characteristic which has the temperature spurious of a tuning fork type crystal resonator.

符号の説明Explanation of symbols

1…水晶振動子、2…パッケージ、3…水晶振動片、4…ベース、4a,4b…セラミックス薄板、5…蓋、6…低融点ガラス、7…外部端子、8…基部、9,10…振動腕、11,12…溝、13,14…固定用腕、15…切込み部、16,17…第1電極、18,19…第2電極、20,21…接続電極、22〜25,30…接合部、26〜29,31…接続端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Quartz crystal resonator, 2 ... Package, 3 ... Crystal oscillation piece, 4 ... Base, 4a, 4b ... Ceramic thin plate, 5 ... Cover, 6 ... Low melting glass, 7 ... External terminal, 8 ... Base part, 9, 10 ... Resonating arm 11, 12, ... groove, 13, 14 ... fixing arm, 15 ... notch, 16, 17 ... first electrode, 18, 19 ... second electrode, 20, 21 ... connection electrode, 22-25, 30 ... Junction part, 26-29,31 ... Connection terminal.

Claims (5)

基部と、前記基部から平行に延出する複数の振動腕とを有する音叉型圧電振動片をベースに固定支持した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片の励振時に、前記振動腕の屈曲振動の固有振動数と前記圧電振動片の厚み方向に発生する同相振動の固有振動数とが、所定の使用温度範囲において異なるように構成したことを特徴とする圧電デバイス。
A piezoelectric device in which a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base is fixedly supported on a base,
When the piezoelectric vibrating piece is excited, the natural frequency of the bending vibration of the vibrating arm and the natural frequency of the in-phase vibration generated in the thickness direction of the piezoelectric vibrating piece are configured to be different within a predetermined operating temperature range. A piezoelectric device characterized by the above.
前記圧電振動片が、前記基部から前記振動腕と平行に延出する固定用腕を有し、かつ前記固定用腕を前記ベースに固着するマウント部により固定支持され、前記屈曲振動の固有振動数と前記厚み方向同相振動の固有振動数とが所定の使用温度範囲において異なるように、前記マウント部の位置、長さまたはその硬さを設定することを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric vibrating piece has a fixing arm extending in parallel with the vibrating arm from the base portion, and is fixedly supported by a mount portion that fixes the fixing arm to the base. The natural frequency of the bending vibration 2. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the position, the length, or the hardness of the mount portion is set so that the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction is different in a predetermined operating temperature range. . 前記圧電振動片が、1対の前記振動腕と該振動腕の両側を延長する1対の前記固定用腕とを有し、前記各固定用腕の前記マウント部が、それぞれ該固定用腕の延長方向に沿って離隔された2つの接合部を有することを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイス。   The piezoelectric vibrating piece includes a pair of the vibrating arms and a pair of fixing arms extending on both sides of the vibrating arms, and the mount portions of the fixing arms are respectively connected to the fixing arms. The piezoelectric device according to claim 2, wherein the piezoelectric device has two joint portions separated along an extension direction. 前記マウント部が導電性接着剤により前記固定用腕を前記ベースに固着し、前記導電性接着剤のヤング率を、前記屈曲振動の固有振動数と前記厚み方向同相振動の固有振動数とが所定の使用温度範囲において異なるように設定することを特徴とする請求項2又は3に記載の圧電デバイス。   The mount portion fixes the fixing arm to the base with a conductive adhesive, and the Young's modulus of the conductive adhesive is determined by the natural frequency of the bending vibration and the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction. The piezoelectric device according to claim 2, wherein the piezoelectric device is set so as to be different in the operating temperature range. 外部からの衝撃による周波数のシフト量を考慮して、前記屈曲振動の固有振動数と前記厚み方向同相振動の固有振動数とが所定の使用温度範囲において異なるように設定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の圧電デバイス。   The natural frequency of the flexural vibration and the natural frequency of the in-phase vibration in the thickness direction are set so as to be different within a predetermined operating temperature range in consideration of a frequency shift amount due to an external impact. Item 5. The piezoelectric device according to any one of Items 1 to 4.
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