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JP2017034667A - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator - Google Patents

Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator Download PDF

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JP2017034667A
JP2017034667A JP2016141186A JP2016141186A JP2017034667A JP 2017034667 A JP2017034667 A JP 2017034667A JP 2016141186 A JP2016141186 A JP 2016141186A JP 2016141186 A JP2016141186 A JP 2016141186A JP 2017034667 A JP2017034667 A JP 2017034667A
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Takashi Sarada
孝史 皿田
加藤 良和
Yoshikazu Kato
良和 加藤
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric vibration piece and a piezoelectric transducer capable of preventing a desired oscillation frequency from being obtained and temperature characteristics from being lowered by unnecessary vibration of a piezoelectric plate in which a mesa part is formed.SOLUTION: A piezoelectric vibration piece includes: a piezoelectric plate 11 in which at least one stage of a mesa part 50 is formed on each of front and rear principal surfaces 11A, 11B and a pair of excitation electrodes 34A, 34B which is arranged on the mesa part 50 and used for driving the piezoelectric plate 11. Positions of end sides 51A, 52A of at least one stage of the mesa part 50 are set to the positions where an anti-node of unnecessary vibration to the main vibration during excitation of the piezoelectric plate 11 is avoided.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、圧電振動片および圧電振動子に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator.

従来から、ATカット水晶基板より形成される圧電振動片において、圧電板の表裏それぞれの主面にメサ部を形成したメサ型の圧電振動片が知られている。メサ型の圧電振動片では、振動領域(メサ部)としての圧電板の中央領域の厚みを、圧電板の周縁部の厚みよりも段差により厚く設定している。このように構成することで、振動領域内に振動エネルギーを閉じ込めることが可能になる。これにより、圧電振動片のクリスタルインピーダンス(以下、CI値という)を低減することが可能になる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a mesa-type piezoelectric vibrating piece in which a mesa portion is formed on each main surface of a piezoelectric plate in a piezoelectric vibrating piece formed from an AT-cut quartz crystal substrate is known. In the mesa-type piezoelectric vibrating piece, the thickness of the central region of the piezoelectric plate as the vibration region (mesa portion) is set to be thicker than the thickness of the peripheral portion of the piezoelectric plate. With this configuration, vibration energy can be confined in the vibration region. This makes it possible to reduce the crystal impedance (hereinafter referred to as the CI value) of the piezoelectric vibrating piece.

特開2013−102472号公報JP 2013-102472 A

ところで、上記のようなメサ型の圧電振動片を振動させる場合、本来の振動モードである厚み滑り振動に対する不要振動(例えば、屈曲振動)が発生する。この不要振動と厚み滑り振動とが連成(カップリング)を起してしまうと、所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片の温度特性が低下したりしてしまうという課題がある。   By the way, when the mesa-type piezoelectric vibrating piece as described above is vibrated, unnecessary vibration (for example, bending vibration) with respect to the thickness-shear vibration that is the original vibration mode is generated. If the unnecessary vibration and the thickness shear vibration cause coupling (coupling), there is a problem that a desired oscillation frequency cannot be obtained or the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece are lowered.

そこで本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、メサ部が形成された圧電板の不要振動によって所望の発振周波数を得られなくなったり、温度特性が低下したりしてしまうことを防止できる圧電振動片および圧電振動子を提供するものである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a desired oscillation frequency cannot be obtained or temperature characteristics are deteriorated due to unnecessary vibration of the piezoelectric plate on which the mesa portion is formed. The present invention provides a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator capable of preventing the above-described problem.

本発明の圧電振動片は、表裏のそれぞれの主面の少なくとも一方に、少なくとも一段のメサ部が形成された圧電板と、前記メサ部を含むように前記圧電板上に配置され、前記圧電板を駆動させるための一対の励振電極と、前記励振電極とマウント電極とを接続する引き回し電極と、を備え、前記圧電板は、平面視四角形状に形成されており、前記圧電板の一辺の長さをLとし、前記圧電板の前記一辺と交差する他辺と複数の前記メサ部のうちの任意の段における前記メサ部の端辺との間の距離をW1とし、mとnを自然数(m>n)としたとき、距離W1は、[nL/(2m−1)]×0.8<W1<[nL/(2m−1)]×1.2を満たすように設定されていることを特徴とする。   The piezoelectric vibrating piece of the present invention is disposed on the piezoelectric plate so as to include the piezoelectric plate having at least one mesa portion formed on at least one of the main surfaces of the front and back sides, and the mesa portion, A pair of excitation electrodes for driving the lead electrode, and a routing electrode for connecting the excitation electrode and the mount electrode, and the piezoelectric plate is formed in a square shape in plan view, and the length of one side of the piezoelectric plate Let L be the distance between the other side intersecting the one side of the piezoelectric plate and the end side of the mesa portion at any stage among the plurality of mesa portions, and m and n are natural numbers ( When m> n), the distance W1 is set to satisfy [nL / (2m−1)] × 0.8 <W1 <[nL / (2m−1)] × 1.2. It is characterized by.

このように構成することで、圧電振動片の振動時に、厚み滑り振動と不要振動とが連成を起してしまうことを抑制できる。このため、圧電振動片が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片の温度特性が低下したりしてしまうことを防止できる。   By comprising in this way, it can suppress that a thickness shear vibration and an unnecessary vibration generate | occur | produce at the time of the vibration of a piezoelectric vibrating piece. For this reason, it is possible to prevent the piezoelectric vibrating piece from obtaining a desired oscillation frequency and the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece from deteriorating.

本発明の圧電振動片において、前記距離W1は、複数の前記メサ部のうち、最上段の前記メサ部の前記端辺と、前記他辺との間の距離であることを特徴とする。   In the piezoelectric resonator element according to the aspect of the invention, the distance W1 may be a distance between the end side of the uppermost mesa portion and the other side of the plurality of mesa portions.

このように構成することで、圧電振動片の振動時における厚み滑り振動と不要振動との連成を、より効果的に抑制できる。   With this configuration, it is possible to more effectively suppress the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary vibration during the vibration of the piezoelectric vibrating piece.

本発明の圧電振動片において、前記圧電板は、平面視四角形状に形成されており、前記圧電板の一辺の長さをLとし、前記圧電板の前記一辺と交差する他辺と前記励振電極の前記端辺との間の距離をW2とし、mとnを自然数(m>n)としたとき、距離W2は、[nL/(2m−1)]×0.8<W2<[nL/(2m−1)]×1.2を満たすように設定されていることを特徴とする。   In the piezoelectric vibrating piece of the present invention, the piezoelectric plate is formed in a quadrangular shape in plan view, the length of one side of the piezoelectric plate is L, the other side intersecting the one side of the piezoelectric plate, and the excitation electrode The distance W2 is [nL / (2m−1)] × 0.8 <W2 <[nL /, where W2 is the distance between the edges and m and n are natural numbers (m> n). (2m−1)] × 1.2 is set.

このように構成することで、圧電振動片の振動時における不要振動自体の発生を確実に抑制できる。このため、圧電振動片が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片の温度特性が低下したりしてしまうことを効果的に防止できる。   With this configuration, it is possible to reliably suppress the occurrence of unnecessary vibrations themselves when the piezoelectric vibrating piece vibrates. For this reason, it is possible to effectively prevent the piezoelectric vibrating piece from obtaining a desired oscillation frequency and the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece from being deteriorated.

本発明の圧電振動片において、前記圧電板は、ATカット水晶基板により形成され、前記圧電板の長手方向が水晶結晶軸におけるZ´軸方向となる、ことを特徴とする。   In the piezoelectric vibrating piece according to the present invention, the piezoelectric plate is formed of an AT-cut quartz substrate, and the longitudinal direction of the piezoelectric plate is the Z′-axis direction of the quartz crystal axis.

このように構成することで、圧電板を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。
すなわち、ATカット水晶基板はX軸とZ´軸で構成される。このような構成のもと、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ´軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷の偏りであり、X軸では正弦波状、Z´軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ´軸を長辺とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、よりCI値は低くなる。したがって、Z´軸を長辺とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。
With this configuration, a low CI value can be maintained even when the piezoelectric plate is downsized.
That is, the AT-cut quartz crystal substrate is composed of an X axis and a Z ′ axis. Under such a configuration, when the AT-cut quartz substrate is undergoing thickness shear vibration, electric polarization occurs in the X axis and the Z ′ axis. Electric polarization is a charge bias, which is sinusoidal on the X axis and linear on the Z ′ axis. By setting the long side to the Z ′ axis where the electric polarization is linear, the side where the strongest charge is generated can be lengthened. The CI value becomes lower as the region where the strong charge is generated becomes wider. Therefore, it is possible to maintain a lower CI value by setting the Z ′ axis as a long side.

本発明の圧電振動片において、前記圧電板は、ウェットエッチングを施すことにより形成されたものであり、前記メサ部の端辺とは、前記メサ部の稜線であることをない端辺であることを特徴とする。   In the piezoelectric vibrating piece of the present invention, the piezoelectric plate is formed by performing wet etching, and the end side of the mesa unit is an end side that is not the ridge line of the mesa unit. It is characterized by.

このように構成することで、圧電板をウェットエッチングを施すことにより形成した場合であっても、圧電振動片が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片の温度特性が低下したりしてしまうことを防止できる。   With this configuration, even when the piezoelectric plate is formed by performing wet etching, the piezoelectric vibrating piece cannot obtain a desired oscillation frequency, or the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece are reduced. Can be prevented.

本発明の圧電振動子は、上記の何れか1項に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片が実装されるパッケージと、を備えたことを特徴とする。   A piezoelectric vibrator according to the present invention includes the piezoelectric vibrating piece according to any one of the above items and a package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted.

このように構成することで、所望の発振周波数を得られなくなったり、温度特性が低下したりしてしまうことを防止可能な圧電振動子を提供できる。   With this configuration, it is possible to provide a piezoelectric vibrator that can prevent a desired oscillation frequency from being obtained or a temperature characteristic from being deteriorated.

本発明によれば、圧電振動片の振動時に、厚み滑り振動と不要振動とが連成を起してしまうことを抑制できる。このため、圧電振動片が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片の温度特性が低下したりしてしまうことを防止できる。   According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary vibration when the piezoelectric vibrating piece vibrates. For this reason, it is possible to prevent the piezoelectric vibrating piece from obtaining a desired oscillation frequency and the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece from deteriorating.

本発明の実施形態における圧電振動片の平面図である。It is a top view of the piezoelectric vibrating piece in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における圧電振動子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the piezoelectric vibrator in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における圧電振動子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric vibrator in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるメサ部の形状説明図である。It is shape explanatory drawing of the mesa part in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における圧電板の振動エネルギーの分布図であり、(a)〜(d)は、それぞれ上段メサ部の端辺の位置を変化させた状態を示している。It is a distribution map of vibration energy of a piezoelectric plate in an embodiment of the present invention, and (a) to (d) show a state in which the position of the end side of the upper mesa portion is changed. 本発明の実施形態におけるウェットエッチング加工を施した場合の圧電板の一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which a part of piezoelectric plate at the time of performing the wet etching process in embodiment of this invention was expanded.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図の構成を説明する際には、XY´Z´座標系を用いる。このXY´Z´座標系における各軸は、後述する水晶の結晶軸と以下の関係を有している。すなわち、X軸が電気軸であり、Z´軸が光学軸であるZ軸に対してX軸周りに35度15分だけ傾いた軸であり、Y´軸がX軸およびZ´軸に直交する軸である。また、X軸方向、Y´軸方向、およびZ´軸方向は、図中矢印方向を+方向とし、矢印とは反対の方向を−方向として説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In describing the configuration of each figure, an XY′Z ′ coordinate system is used. Each axis in the XY′Z ′ coordinate system has the following relationship with the crystal axis of crystal described later. That is, the X axis is an electrical axis, the Z ′ axis is an axis inclined by 35 degrees and 15 minutes around the X axis with respect to the Z axis, which is an optical axis, and the Y ′ axis is orthogonal to the X axis and the Z ′ axis. It is an axis to do. In the X-axis direction, the Y′-axis direction, and the Z′-axis direction, the arrow direction in the figure is defined as the + direction and the direction opposite to the arrow is defined as the − direction.

(圧電振動片)
図1は、圧電振動片10の平面図である。
同図に示すように、圧電振動片10は、圧電板11と、マウント電極31,32と、励振電極34と、を備えている。圧電板11は、ATカット水晶基板により形成されている。
(Piezoelectric vibrating piece)
FIG. 1 is a plan view of the piezoelectric vibrating piece 10.
As shown in the figure, the piezoelectric vibrating piece 10 includes a piezoelectric plate 11, mount electrodes 31 and 32, and an excitation electrode 34. The piezoelectric plate 11 is formed of an AT cut quartz substrate.

ここで、ATカットは、人工水晶の結晶軸である電気軸(X軸)、機械軸(Y軸)および光学軸(Z軸)の3つの結晶軸のうち、Z軸に対してX軸周りに35度15分だけ傾いた方向(Z´軸方向)に切り出す加工手法である。ATカットによって切り出された圧電板11を有する圧電振動片10は、周波数温度特性が安定しており、構造や形状が単純で加工が容易であるという利点がある。圧電板11は、Y´軸方向を厚さ方向とし、一様な厚さに形成され、Y´軸方向の両面に各主面11A,11Bを有している。   Here, the AT cut is a rotation around the X axis with respect to the Z axis among the three crystal axes of the electric axis (X axis), the mechanical axis (Y axis), and the optical axis (Z axis), which are crystal axes of artificial quartz. This is a processing method of cutting in a direction (Z′-axis direction) inclined by 35 degrees 15 minutes. The piezoelectric vibrating piece 10 having the piezoelectric plate 11 cut out by the AT cut has an advantage that the frequency temperature characteristic is stable, the structure and shape are simple, and the processing is easy. The piezoelectric plate 11 is formed to have a uniform thickness with the Y′-axis direction as the thickness direction, and has main surfaces 11A and 11B on both surfaces in the Y′-axis direction.

圧電板11は、矩形板状の振動部12と、振動部12を実装するための一対のマウント部14,15と、を有する。
振動部12は、平面視四角形状であって、長手方向がZ´軸方向に沿うように形成されている。振動部12には、圧電板11の一方主面11A上、および他方主面11B上に、それぞれメサ部50が突出形成されている。メサ部50は2段に形成されており、各主面11A,11B上に突出形成された下段メサ部51と、この下段メサ部51上に突出形成され、この下段メサ部51よりも表面積が小さい上段メサ部52と、により構成されている。圧電板11は矩形板状のみに限らず、角C面、角R面が取られたものや、小判形状なども含む。その場合、後述する「圧電板11の辺」とは、角Cや角Rの基点から辺をそれぞれ延長させ、それらの交差点同士を結んだ距離とする。
The piezoelectric plate 11 includes a rectangular plate-shaped vibrating portion 12 and a pair of mount portions 14 and 15 for mounting the vibrating portion 12.
The vibration part 12 has a quadrangular shape in plan view, and is formed so that the longitudinal direction is along the Z′-axis direction. A mesa portion 50 protrudes from the vibrating portion 12 on one main surface 11A and the other main surface 11B of the piezoelectric plate 11. The mesa portion 50 is formed in two steps, and is formed on the lower mesa portion 51 protruding from the main surfaces 11A and 11B, and protruded on the lower mesa portion 51, and has a surface area larger than that of the lower mesa portion 51. And a small upper mesa portion 52. The piezoelectric plate 11 is not limited to a rectangular plate shape, and includes a plate having a corner C surface and a corner R surface, an oval shape, and the like. In this case, the “side of the piezoelectric plate 11” described later is a distance obtained by extending the sides from the base points of the corners C and R and connecting the intersections.

そして、一方主面11A上に形成された上段メサ部51に、一方の励振電極34Aが形成され、他方主面11B上に形成された上段メサ部51に、他方の励振電極34Bが形成されている。各励振電極34A,34Bは、それぞれ各上段メサ部51の表面の大部分を覆うように平面視矩形状に形成されており、圧電板11の厚さ方向で重なるように対向している。なお、メサ部50の形状、および各励振電極34A,34Bの形状をそれぞれ決定する方法についての詳細は、後述する。   One excitation electrode 34A is formed on the upper mesa 51 formed on the one main surface 11A, and the other excitation electrode 34B is formed on the upper mesa 51 formed on the other main surface 11B. Yes. Each excitation electrode 34A, 34B is formed in a rectangular shape in plan view so as to cover most of the surface of each upper mesa portion 51, and is opposed so as to overlap in the thickness direction of the piezoelectric plate 11. Details of the method for determining the shape of the mesa 50 and the shapes of the excitation electrodes 34A and 34B will be described later.

一対のマウント部14,15は、振動部12の+X側であって、長手方向(Z´軸方向)の両端部に形成され、振動部12から突出するように配置されている。
そして、第1マウント部14は、振動部12の(+X,+Z´)方向に位置する角部において、振動部12の+X方向に面する側面と接するように配置されている。一方、第2マウント部15は、振動部12の(+X,−Z´)方向に位置する角部において、振動部12の+X方向に面する側面と接するように配置されている。
The pair of mount portions 14 and 15 are formed at both ends in the longitudinal direction (Z′-axis direction) on the + X side of the vibration portion 12 and are disposed so as to protrude from the vibration portion 12.
The first mount portion 14 is disposed so as to be in contact with the side surface of the vibration portion 12 facing the + X direction at the corner portion located in the (+ X, + Z ′) direction of the vibration portion 12. On the other hand, the second mount portion 15 is disposed at a corner portion of the vibration portion 12 located in the (+ X, −Z ′) direction so as to be in contact with the side surface facing the + X direction of the vibration portion 12.

第1マウント部14は、第1マウント電極31A,31Bを有している。一方の第1マウント電極31Aは、一方主面11A上に形成され、一方の励振電極34Aに対して引き回し配線36A(引き回し電極)を介して接続されている。他方の第1マウント電極31Bは、他方主面11B上に形成されている。
一方の第1マウント電極31Aと、他方の第1マウント電極31Bとは、第1マウント部14の側面に形成された第1側面電極37を介して相互に接続されている。第1マウント部14の表面は、第1マウント電極31A,31Bおよび第1側面電極37により形成されている。
The first mount unit 14 includes first mount electrodes 31A and 31B. One first mount electrode 31A is formed on one main surface 11A, and is connected to one excitation electrode 34A via a lead wiring 36A (lead electrode). The other first mount electrode 31B is formed on the other main surface 11B.
One first mount electrode 31 </ b> A and the other first mount electrode 31 </ b> B are connected to each other via a first side electrode 37 formed on the side surface of the first mount portion 14. The surface of the first mount portion 14 is formed by the first mount electrodes 31 </ b> A and 31 </ b> B and the first side surface electrode 37.

一方、第2マウント部15は、第2マウント電極32A,32Bを有している。一方の第2マウント電極32Aは、一方主面11A上に形成されている。他方の第2マウント電極32Bは、他方主面11B上に形成され、他方の励振電極34Bに対して引き回し配線36B(引き回し電極)を介して接続されている。
一方の第2マウント電極32Aと、他方の第2マウント電極32Bとは、第2マウント部15の側面に形成された第2側面電極38を介して相互に接続されている。第2マウント部15の表面は、第2マウント電極32A,32Bおよび第2側面電極38により形成されている。
On the other hand, the second mount unit 15 includes second mount electrodes 32A and 32B. One second mount electrode 32A is formed on one main surface 11A. The other second mount electrode 32B is formed on the other main surface 11B, and is connected to the other excitation electrode 34B via a lead wiring 36B (lead electrode).
One second mount electrode 32 </ b> A and the other second mount electrode 32 </ b> B are connected to each other via a second side electrode 38 formed on the side surface of the second mount portion 15. The surface of the second mount portion 15 is formed by the second mount electrodes 32A and 32B and the second side surface electrode 38.

(圧電振動子)
次に、図2、図3に基づいて、圧電振動片10を備える圧電振動子1について説明する。
図2は、圧電振動子1の分解斜視図、図3は、圧電振動子1の断面図である。なお、図3では、説明を分かり易くするためにマウント電極31,32および励振電極34A,34Bの膜厚の縮尺を変更している。
図2に示すように、圧電振動子1は、パッケージ5のキャビティCの内部に圧電振動片10を収容したものである。パッケージ5は、ベース基板2とリッド基板3とを重ね合わせて形成されている。
(Piezoelectric vibrator)
Next, the piezoelectric vibrator 1 including the piezoelectric vibrating piece 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric vibrator 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric vibrator 1. In FIG. 3, the scales of the film thicknesses of the mount electrodes 31 and 32 and the excitation electrodes 34A and 34B are changed for easy understanding.
As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrator 1 has a piezoelectric vibrating piece 10 accommodated inside a cavity C of a package 5. The package 5 is formed by overlapping the base substrate 2 and the lid substrate 3.

ベース基板2は、略矩形板状に形成された底壁部2aと、底壁部2aの周縁部から立設された側壁部2bと、を備えている。底壁部2aおよび側壁部2bは、セラミック材料等により形成されている。   The base substrate 2 includes a bottom wall portion 2a formed in a substantially rectangular plate shape, and a side wall portion 2b erected from the peripheral edge portion of the bottom wall portion 2a. The bottom wall portion 2a and the side wall portion 2b are formed of a ceramic material or the like.

キャビティCの内部における底壁部2aの表面には、一対の内部電極7が形成されている。一対の内部電極7は、圧電振動片10の一対のマウント部14,15に対応する位置に形成されている。また、キャビティCの外部における底壁部2aの表面には、一対の外部電極(不図示)が形成されている。そして、底壁部2aを厚さ方向に貫通する不図示の貫通電極により、内部電極7と外部電極とが接続されている。なお、貫通電極で接続するのではなく、セラミック層の層間に形成される層間電極によって、内部電極と外部電極とを接続する構成であってもよい。   A pair of internal electrodes 7 are formed on the surface of the bottom wall 2 a inside the cavity C. The pair of internal electrodes 7 are formed at positions corresponding to the pair of mount portions 14 and 15 of the piezoelectric vibrating piece 10. A pair of external electrodes (not shown) is formed on the surface of the bottom wall portion 2a outside the cavity C. The internal electrode 7 and the external electrode are connected by a through electrode (not shown) that penetrates the bottom wall 2a in the thickness direction. In addition, the structure which connects an internal electrode and an external electrode by the interlayer electrode formed between the layers of a ceramic layer may be sufficient instead of connecting with a penetration electrode.

リッド基板3は、セラミック材料や金属材料等により、矩形板状に形成されている。リッド基板3の周縁部は、ベース基板2の側壁部2bの端面に接着されている。そして、ベース基板2の底壁部2aおよび側壁部2bとリッド基板3とで囲まれた領域に、キャビティCが形成されている。   The lid substrate 3 is formed in a rectangular plate shape using a ceramic material, a metal material, or the like. The peripheral portion of the lid substrate 3 is bonded to the end surface of the side wall portion 2 b of the base substrate 2. A cavity C is formed in a region surrounded by the bottom wall portion 2 a and the side wall portion 2 b of the base substrate 2 and the lid substrate 3.

図3に詳細示するように、キャビティCの内部に収納された圧電振動片10は、導電性接着剤等の実装部材9を介して、ベース基板2の底壁部2aに実装される。より具体的には、ベース基板2の底壁部2aに形成された一対の内部電極7に対して、圧電振動片10の一対のマウント部14,15が有する第1マウント電極31および第2マウント電極32が、実装部材9を介して実装される。このとき、実装部材9は、一対のマウント部14,15に接触する。これにより、圧電振動片10は、パッケージ5に機械的に保持されると共に、第1マウント電極31および第2マウント電極32と内部電極7とがそれぞれ導通された状態となる。   As shown in detail in FIG. 3, the piezoelectric vibrating reed 10 housed in the cavity C is mounted on the bottom wall 2 a of the base substrate 2 via a mounting member 9 such as a conductive adhesive. More specifically, the first mount electrode 31 and the second mount included in the pair of mount portions 14 and 15 of the piezoelectric vibrating piece 10 with respect to the pair of internal electrodes 7 formed on the bottom wall portion 2a of the base substrate 2. The electrode 32 is mounted via the mounting member 9. At this time, the mounting member 9 contacts the pair of mount parts 14 and 15. Accordingly, the piezoelectric vibrating piece 10 is mechanically held by the package 5 and the first mount electrode 31, the second mount electrode 32, and the internal electrode 7 are electrically connected.

このような構成のもと、一対の外部電極(不図示)に電圧を印加すると、圧電振動片10は、主振動である厚み滑り振動する。なお、厚み滑り振動は、X軸方向に大きく変位する振動である。これに対して、圧電振動片10には、主振動(厚み滑り振動)に対する不要振動が発生する。ここでは、不要振動として屈曲振動モードの振動を挙げて説明する。
ここで、圧電板11の一方主面11A上、および他方主面11B上にそれぞれ突出形成されているメサ部50の形状、およびこのメサ部50上に形成されている各励振電極34A,34Bの形状は、不要振動の節の位置(変位)に基づいて決定されている。このことについて、以下に詳述する。
Under such a configuration, when a voltage is applied to a pair of external electrodes (not shown), the piezoelectric vibrating piece 10 undergoes thickness-shear vibration, which is the main vibration. Note that the thickness shear vibration is vibration that is greatly displaced in the X-axis direction. On the other hand, the piezoelectric vibrating piece 10 generates unnecessary vibrations relative to the main vibration (thickness shear vibration). Here, the vibration in the bending vibration mode will be described as an unnecessary vibration.
Here, the shape of the mesa portion 50 formed to protrude on the one main surface 11A and the other main surface 11B of the piezoelectric plate 11, and the excitation electrodes 34A and 34B formed on the mesa portion 50, respectively. The shape is determined based on the position (displacement) of the node of unnecessary vibration. This will be described in detail below.

(メサ部の形状、および励振電極の形状の決定方法)
図4は、メサ部50の形状を説明するための説明図である。
なお、図4では、説明を分かり易くするために各部の縮尺を適宜変更している(以下の図6でも同様)。また、以下の説明では、不要振動として、最も主振動への影響が大きい屈曲振動モードの振動の変位に基づいたメサ部50の形状の決定方法について記述する。さらに、圧電板11は、例えばドライエッチング(異方性エッチング)加工を施して形成することで、圧電板11の側面11C、下段メサ部51の端辺51A、および上段メサ部52の端辺52Aが、それぞれ各主面11A,11Bに対して略直交しているものとする。
(Mesa part shape and excitation electrode shape determination method)
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the shape of the mesa unit 50.
In FIG. 4, the scale of each part is appropriately changed for easy understanding of the explanation (the same applies to FIG. 6 below). In the following description, a method for determining the shape of the mesa unit 50 based on the vibration displacement in the bending vibration mode that has the greatest influence on the main vibration will be described as unnecessary vibration. Furthermore, the piezoelectric plate 11 is formed by, for example, dry etching (anisotropic etching) processing, so that the side surface 11C of the piezoelectric plate 11, the end side 51A of the lower mesa unit 51, and the end side 52A of the upper mesa unit 52 are formed. Are substantially orthogonal to the main surfaces 11A and 11B, respectively.

図4では、屈曲振動モードとして、X軸方向に生じる屈曲振動を示している。屈曲振動モードは、その振動の節が圧電板11のX軸方向における端辺に位置するように振動する。そして、本発明者らの鋭意検討によれば、不要振動の節の位置に、上段メサ部52、下段メサ部51、励振電極34A,34Bの端辺が位置することで、不要振動が主振動に及ぼす影響を抑制可能である点を見出した(シミュレーション結果は後述する)。これは、これらの端辺において不要振動が大きく変位していると、これらの端辺を起点として不要振動がさらに分散し、主振動と連成しやすくなってしまうが、一方で、上段メサ部52、下段メサ部51、励振電極34A、34Bの端辺における不要振動の変位が小さい場合は、不要振動と主振動との連成は起きにくくなるため、もしくは連成が起きたとしても主振動への影響は小さいからと考えられる。   FIG. 4 shows bending vibration generated in the X-axis direction as the bending vibration mode. In the bending vibration mode, the vibration node vibrates so that the node of the vibration is located at the end side in the X-axis direction of the piezoelectric plate 11. According to the earnest study by the present inventors, the unnecessary vibrations are the main vibrations because the edges of the upper mesa portion 52, the lower mesa portion 51, and the excitation electrodes 34A and 34B are located at the nodes of the unnecessary vibration. It was found that the effect on slabs can be suppressed (simulation results will be described later). This is because if the unnecessary vibrations are greatly displaced at these edges, the unnecessary vibrations are further dispersed starting from these edges and easily coupled with the main vibration. 52, when the displacement of the unnecessary vibrations at the edges of the lower mesa 51 and the excitation electrodes 34A and 34B is small, the coupling between the unwanted vibration and the main vibration is difficult to occur, or even if the coupling occurs, the main vibration It is thought that the impact on

以上の考察より、本実施形態では、上段メサ部52、下段メサ部51、励振電極34A、34Bの端辺において不要振動の変位が生じないように、上段メサ部52、下段メサ部51、励振電極34A、34Bの寸法を設計している点が特徴である。つまり、図1、図4に示すように、圧電板11の一辺の長さ(例えば、X方向に沿う辺の長さ、以下、単に一辺という)をLとし、圧電板11の一辺と直交する他辺(例えば、Z´方向に沿う辺、以下、単に他辺という)と上段メサ部52の端辺52Aとの間の距離をW1とし、圧電板11の他辺と各励振電極34A,34Bの端辺34a,34bとの間の距離をW2とし、圧電板11の他辺と下段メサ部51の端辺51Aとの間の距離をW3とし、m、nを自然数としたとき、以下の関係式を導出することができる(但し、m>nとする)。   From the above considerations, in the present embodiment, the upper mesa portion 52, the lower mesa portion 51, the excitation are arranged so that unnecessary vibrations are not displaced at the edges of the upper mesa portion 52, the lower mesa portion 51, and the excitation electrodes 34A and 34B. The feature is that the dimensions of the electrodes 34A and 34B are designed. That is, as shown in FIGS. 1 and 4, the length of one side of the piezoelectric plate 11 (for example, the length of the side along the X direction, hereinafter simply referred to as one side) is L, and is orthogonal to the one side of the piezoelectric plate 11. The distance between the other side (for example, the side along the Z ′ direction, hereinafter, simply referred to as the other side) and the end side 52A of the upper mesa portion 52 is W1, and the other side of the piezoelectric plate 11 and the excitation electrodes 34A and 34B. When the distance between the side edges 34a and 34b of the second plate is W2, the distance between the other side of the piezoelectric plate 11 and the side edge 51A of the lower mesa 51 is W3, and m and n are natural numbers, Relational expressions can be derived (where m> n).

まず、圧電板11の一辺の両端では、上述のように屈曲振動モードの節が一致する。さらに、振動の対称性の観点から、一辺の中心部から一辺の両端においては、不要振動は同位相で変位することになる。例えば、中心部から一方に最も離れた位置の屈曲振動変位が「上に凸」であれば、他方に最も離れた位置の屈曲振動変位も「上に凸」となる。よって、不要振動の節の位置は、外形端部と、外形端部から、外形Lを整数分割した距離の整数倍ほど離れた、飛び飛びの位置となる。例えば、節の位置が外形Lの中に6つ(外形端部も含む)含まれている場合は、節から節までの位置をWとすると、W=L÷(2m−1)となる。ただし、m=3である。   First, at both ends of one side of the piezoelectric plate 11, the nodes of the bending vibration mode coincide as described above. Further, from the viewpoint of the symmetry of vibration, the unnecessary vibration is displaced in the same phase from the center of one side to both ends of the one side. For example, if the bending vibration displacement at the position furthest away from the central portion is “convex upward”, the bending vibration displacement at the position furthest away from the other is also “convex upward”. Therefore, the position of the node of the unnecessary vibration is a jump position that is separated from the outer shape end by an integer multiple of the distance obtained by dividing the outer shape L by an integer. For example, if there are six node positions (including the outer edge) in the outer shape L, W = L ÷ (2m−1), where W is the position from the node to the node. However, m = 3.

次に、下段メサ部51の端辺51A、上段メサ部52の端辺52A、励振電極34A、34Bの端辺34a、34bが、それぞれ屈曲振動の節に位置すれば、不要振動が主振動に及ぼす影響が低くなることに鑑みると、図4に示すW1、W2、W3は、それぞれ節の位置であれば良い。   Next, if the edge 51A of the lower mesa 51, the edge 52A of the upper mesa 52, and the edges 34a and 34b of the excitation electrodes 34A and 34B are respectively located at the bending vibration nodes, the unnecessary vibration becomes the main vibration. In view of the fact that the effect is low, W1, W2, and W3 shown in FIG.

そして、発明者らの鋭意検討によれば、W1、W2、W3は、±20%程度の範囲に入っていれば、不要振動が主振動に及ぼす影響を効果的に低減することが可能になる。
すなわち、各距離W1、W2、W3は、それぞれ
[nL/(2m−1)]×0.8<W1<[nL/(2m−1)]×1.2・・・(1)・・・(1)
[nL/(2m−1)]×0.8<W2<[nL/(2m−1)]×1.2・・・(2)・・・(2)
[nL/(2m−1)]×0.8<W3<[nL/(2m−1)]×1.2・・・(3)・・・(3)
を満たすように設定されている。なお、圧電板11の一辺がZ´方向に沿う辺とし、圧電板11の他辺がX方向に沿う辺とした場合でも、各距離W1,W2,W3は、式(1)〜式(3)を満たすように設定される。ただし、m、nは20以下で分割する場合に特に効果は大きいが、それ以上の自然数で分割する場合に効果は小さくなる。
And according to the inventors' earnest study, if W1, W2, and W3 are within a range of about ± 20%, it becomes possible to effectively reduce the influence of unnecessary vibration on the main vibration. .
That is, each distance W1, W2, W3 is respectively
[n 1 L / (2m−1)] × 0.8 <W1 <[n 1 L / (2m−1)] × 1.2 (1) (1)
[n 2 L / (2m−1)] × 0.8 <W2 <[n 2 L / (2m−1)] × 1.2 (2) (2)
[n 3 L / (2m−1)] × 0.8 <W3 <[n 3 L / (2m−1)] × 1.2 (3) (3)
It is set to satisfy. Even when one side of the piezoelectric plate 11 is a side along the Z ′ direction and the other side of the piezoelectric plate 11 is a side along the X direction, the distances W1, W2, and W3 are expressed by the equations (1) to (3). ). However, m and n are particularly effective when divided by 20 or less, but the effect is reduced when divided by a natural number greater than that.

すなわち、上段メサ部52の端辺52A、下段メサ部51の端辺51A、および各励振電極34A,34Bの端辺34a,34bは、それぞれ屈曲振動の節の位置P1,P2,P3を中心として±20%の範囲内に位置していることになる。このようにメサ部50を形成することにより、屈曲振動と厚み滑り振動との連成を効果的に抑制できる。また、このように励振電極34A,34Bを形成することにより、屈曲振動自体の発生を抑制できる。なお、W1、W2、W3の少なくともひとつが上記関係式を満たしていれば、従来技術では得ることのできない効果を得ることができるが、より好ましくは、W1〜W3の全てが上記関係式を満たしていると良い。   That is, the end side 52A of the upper mesa portion 52, the end side 51A of the lower mesa portion 51, and the end sides 34a and 34b of the excitation electrodes 34A and 34B are respectively centered on the positions P1, P2, and P3 of the bending vibration nodes. It is located within the range of ± 20%. By forming the mesa portion 50 in this manner, the coupling between the bending vibration and the thickness shear vibration can be effectively suppressed. In addition, by forming the excitation electrodes 34A and 34B in this way, it is possible to suppress the occurrence of bending vibration itself. If at least one of W1, W2, and W3 satisfies the above relational expression, an effect that cannot be obtained by the conventional technique can be obtained, but more preferably, all of W1 to W3 satisfy the above relational expression. Good to be.

より詳しく、図5に基づき、メサ部50の形状による効果について説明する。
図5は、圧電板11の主振動の振動変位の分布図であり、(a)〜(d)は、それぞれ上段メサ部52の端辺52Aの位置を変化させた状態を示している。なお、図5では、m=3、n=1に設定されている。また、図5では、下段メサ部51については、形状を固定(端辺51Aの位置を固定)している。なお、図中の略円形で示す範囲(E1部参照)は、主振動としての厚みすべり振動が顕著に生じている範囲を示している(以下、この範囲を振動エネルギーE1という)。二重円の中心ほど、大きな変位で厚みすべり振動が生じていることを示している。また、不要振動との連成が生じていない状態では、ほぼ円形状の領域内で主振動が発生することになるが、不要振動との連成が生じると、主振動の変位が不要振動(屈曲振動)の変位と連成するので、厚みすべり振動の変位の範囲は非円形のいびつな形状で表されることとなる。
More specifically, the effect of the shape of the mesa unit 50 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a distribution diagram of the vibration displacement of the main vibration of the piezoelectric plate 11, and (a) to (d) show a state in which the position of the end side 52 </ b> A of the upper mesa portion 52 is changed. In FIG. 5, m = 3 and n = 1 are set. In FIG. 5, the shape of the lower mesa 51 is fixed (the position of the end 51A is fixed). In addition, the range (refer to E1 part) shown in the figure in the figure shows the range in which the thickness shear vibration as the main vibration is remarkably generated (hereinafter, this range is referred to as vibration energy E1). It shows that the thickness shear vibration is generated with a large displacement at the center of the double circle. In addition, in the state where the coupling with the unnecessary vibration is not generated, the main vibration is generated in the substantially circular region. However, when the coupling with the unnecessary vibration is generated, the displacement of the main vibration is the unnecessary vibration ( Therefore, the range of displacement of the thickness shear vibration is expressed by a non-circular irregular shape.

まず、図5(a)に示すように、W1=[nL/(2m−1)]の場合、つまり、不要振動としての屈曲振動の節の位置P1に上段メサ部52の端辺52Aが位置している場合、上段メサ部52内において、主振動と不要振動の連成が好適に抑えられていることがわかる。すなわち、図中の略円形状は、主振動としての厚みすべり振動が顕著に集中していることが確認できる。 First, as shown in FIG. 5A, in the case of W1 = [n 1 L / (2m−1)], that is, the edge 52A of the upper mesa portion 52 at the position P1 of the bending vibration node as unnecessary vibration. It can be seen that in the upper mesa portion 52, the coupling between the main vibration and the unnecessary vibration is suitably suppressed. That is, it can be confirmed that the thickness shear vibration as the main vibration is conspicuously concentrated in the substantially circular shape in the figure.

また、図5(b)に示すように、W1=[nL/(2m−1)]×1.1の場合、つまり、上段メサ部52の端辺52Aの位置が、不要振動としての屈曲振動の節の位置P1から10%ずれた位置にある場合、また、図5(c)に示すように、W1=[nL/(2m−1)]×1.2の場合、つまり、上段メサ部52の端辺52Aの位置が、不要振動としての屈曲振動の節の位置P1から20%ずれた位置にある場合も、ほぼ上段メサ部52内の略円形状の範囲(E1)内で主振動の変位が生じていることが確認できる(主振動の振動エネルギーが好適に閉じ込められている)。 Further, as shown in FIG. 5B, in the case of W1 = [n 1 L / (2m−1)] × 1.1, that is, the position of the end side 52A of the upper mesa portion 52 is an unnecessary vibration. When it is at a position deviated by 10% from the position P1 of the bending vibration, and when W1 = [n 1 L / (2m−1)] × 1.2 as shown in FIG. Even when the position of the edge 52A of the upper mesa portion 52 is shifted by 20% from the position P1 of the bending vibration node as unnecessary vibration, the substantially circular range (E1) in the upper mesa portion 52. It can be confirmed that the displacement of the main vibration is generated within (the vibration energy of the main vibration is preferably confined).

これに対し、図5(d)に示すように、W1=[nL/(2m−1)]×1.3の場合、つまり、上段メサ部52の端辺52Aの位置が、不要振動としての屈曲振動の節の位置P1から30%ずれた位置にある場合、不要振動としての屈曲振動と主振動との連成が顕著になり、振動エネルギーE1が分散してしまい、主振動の変位が生じている領域の形状が崩れてしまっていることが確認できる。すなわち、上段メサ部52の端辺52Aの位置が、屈曲振動の節の位置P1から±20%を越えた範囲となると、主振動の変位が生じている領域を示す範囲(E1)の形状が崩れてしまう。これは、屈曲振動と厚み滑り振動とが連成し始めて振動漏れを起こしているからである。 On the other hand, as shown in FIG. 5D, in the case of W1 = [n 1 L / (2m−1)] × 1.3, that is, the position of the end side 52A of the upper mesa portion 52 is unnecessary vibration. As a result, the coupling between the flexural vibration as the unnecessary vibration and the main vibration becomes remarkable, and the vibration energy E1 is dispersed, resulting in the displacement of the main vibration. It can be confirmed that the shape of the region where the sag occurs is broken. That is, when the position of the end side 52A of the upper mesa 52 is in a range exceeding ± 20% from the position P1 of the bending vibration, the shape of the range (E1) indicating the region where the main vibration is displaced is obtained. It will collapse. This is because the bending vibration and the thickness-shear vibration start to be coupled to cause vibration leakage.

このような現象は、下段メサ部51にも同様のことが言える。すなわち、下段メサ部51の端辺の位置を上述の関係を満たすように設定することで、主振動としての厚みすべり振動と不要振動としての屈曲振動との連成を効果的に低減させることが可能になる。
なお、メサ部の4つの辺のうち、一辺のみ上記関係式を満たしていれば、効果が表れる。
The same can be said for the lower mesa portion 51. That is, by setting the position of the edge of the lower mesa portion 51 so as to satisfy the above relationship, it is possible to effectively reduce the coupling between the thickness shear vibration as the main vibration and the bending vibration as the unnecessary vibration. It becomes possible.
In addition, an effect will appear if only one side of the four sides of the mesa part satisfies the above relational expression.

なお、上述の図4では、例えばドライエッチング加工を施して圧電板11を形成したように、厚電板11の側面11C、下段メサ部51の端辺51A、および上段メサ部52の端辺52Aが、それぞれ各主面11A,11Bに対して略直交しているものとする場合について説明した。
これに対し、例えばウェットエッチング(等方性エッチング)加工を施して圧電板11を形成した場合の各距離W1,W2,W3の定義について、以下に説明する。
In FIG. 4 described above, the side surface 11C of the thick electric plate 11, the end side 51A of the lower mesa portion 51, and the end side 52A of the upper mesa portion 52 are formed, for example, by performing dry etching. However, the case where each of the main surfaces 11A and 11B is substantially orthogonal to each other has been described.
On the other hand, the definition of each distance W1, W2, and W3 when the piezoelectric plate 11 is formed by performing wet etching (isotropic etching), for example, will be described below.

図6は、ウェットエッチング加工を施した場合の圧電板11の一部を拡大した断面図であって、前述の図4に対応している。
同図に示すように、ウェットエッチング加工を施して圧電板11を形成する場合、圧電板11の側面11C、下段メサ部51の端辺51A、および上段メサ部52の端辺52Aの形状は、それぞれ各主面11A,11Bに対して直交せずに傾斜または湾曲する。このような場合、圧電板11の側面11C、下段メサ部51の端辺51A、および上段メサ部52の端辺52Aは、それぞれのメサ部51、52の平面部(頂面)となす「稜線」のことを指すものとする。
すなわち、ウェットエッチング(等方性エッチング)加工を施して圧電板11を形成した場合、各距離W1,W2,W3は、圧電板11の他辺とメサ部の稜線との距離となる。なお、メサ部の端辺51A、52Aが、傾斜度の異なる複数の傾斜面や湾曲面で形成されている場合、各稜線を基準にW1、W2、W3を算出することも可能である。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a part of the piezoelectric plate 11 when wet etching is performed, and corresponds to FIG. 4 described above.
As shown in the figure, when the piezoelectric plate 11 is formed by performing wet etching, the shape of the side surface 11C of the piezoelectric plate 11, the end side 51A of the lower mesa 51, and the end 52A of the upper mesa 52 is The main surfaces 11A and 11B are inclined or curved without being orthogonal to each other. In such a case, the side surface 11 </ b> C of the piezoelectric plate 11, the end side 51 </ b> A of the lower mesa unit 51, and the end side 52 </ b> A of the upper mesa unit 52 form the “ridge line” that forms the flat surface (top surface) of each mesa unit 51, 52. ".
That is, when the piezoelectric plate 11 is formed by performing wet etching (isotropic etching), the distances W1, W2, and W3 are distances between the other side of the piezoelectric plate 11 and the ridge line of the mesa portion. In addition, when the end sides 51A and 52A of the mesa portion are formed of a plurality of inclined surfaces or curved surfaces having different degrees of inclination, it is also possible to calculate W1, W2, and W3 based on each ridgeline.

このように、上述の実施形態では、メサ部50を有する圧電振動片10において、メサ部50の形状、および励振電極34A,34Bの形状を決定するにあたり、圧電板11の他辺と上段メサ部52の端辺52Aとの間の距離W1、圧電板11の他辺と各励振電極34A,34Bの端辺34a,34bとの間の距離W2、および圧電板11の他辺と下段メサ部51の端辺51Aとの間の距離W3を、それぞれ式(1)〜(3)を満たすように設定した。
このため、メサ部50にあっては、屈曲振動と厚み滑り振動との連成を効果的に抑制できる。また、励振電極34A,34Bでも、同様である。よって、圧電振動片10が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片10の温度特性が低下したりしてしまうことを確実に防止できる。
As described above, in the above-described embodiment, in determining the shape of the mesa unit 50 and the shape of the excitation electrodes 34A and 34B in the piezoelectric vibrating piece 10 having the mesa unit 50, the other side of the piezoelectric plate 11 and the upper mesa unit. 52, the distance W1 between the edge 52A, the distance W2 between the other side of the piezoelectric plate 11 and the ends 34a, 34b of the excitation electrodes 34A, 34B, and the other side of the piezoelectric plate 11 and the lower mesa portion 51. The distance W3 to the end side 51A is set so as to satisfy the expressions (1) to (3), respectively.
For this reason, in the mesa part 50, the coupling of the bending vibration and the thickness shear vibration can be effectively suppressed. The same applies to the excitation electrodes 34A and 34B. Therefore, it is possible to reliably prevent the piezoelectric vibrating piece 10 from obtaining a desired oscillation frequency and the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece 10 from being deteriorated.

また、圧電板11は、ATカット水晶基板より形成され、圧電板11の長手方向が水晶結晶軸におけるZ´軸方向となるように形成されている。
ここで、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ´軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷の偏りであり、X軸では正弦波状、Z´軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ´軸を長辺とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、よりCI値は低くなる。したがって、Z´軸を長辺とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。
本実施形態では、圧電板11の長手方向をATカット水晶基板のZ´軸方向に沿うようにすることで、小型化においても低いCI値を維持できる。
The piezoelectric plate 11 is formed of an AT-cut quartz substrate, and is formed so that the longitudinal direction of the piezoelectric plate 11 is the Z′-axis direction in the crystal crystal axis.
Here, when the AT-cut quartz substrate undergoes thickness shear vibration, electric polarization occurs in the X axis and the Z ′ axis. Electric polarization is a charge bias, which is sinusoidal on the X axis and linear on the Z ′ axis. By setting the long side to the Z ′ axis where the electric polarization is linear, the side where the strongest charge is generated can be lengthened. The CI value becomes lower as the region where the strong charge is generated becomes wider. Therefore, it is possible to maintain a lower CI value by setting the Z ′ axis as a long side.
In the present embodiment, by making the longitudinal direction of the piezoelectric plate 11 along the Z′-axis direction of the AT-cut quartz substrate, a low CI value can be maintained even in downsizing.

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、圧電振動片10の他方主面11B上に実装部材9を接触させている。しかしながら、これに限られるものではなく、一方主面11A上に実装部材9を接触させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the mounting member 9 is brought into contact with the other main surface 11B of the piezoelectric vibrating piece 10. However, the present invention is not limited to this, and the mounting member 9 may be brought into contact with the main surface 11A.

また、上述の実施形態では、不要振動が屈曲振動であり、この屈曲振動の変位に基づいて、メサ部50や励振電極34A,34Bの形状を決定した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、屈曲振動に代わって、他の不要振動(厚み滑り振動以外の振動)の変位に基づいて、メサ部50や励振電極34A,34Bの形状を決定してもよい。この場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the above-described embodiment, the case where the unnecessary vibration is the bending vibration and the shapes of the mesa unit 50 and the excitation electrodes 34A and 34B are determined based on the displacement of the bending vibration has been described. However, the present invention is not limited to this, and the shape of the mesa unit 50 and the excitation electrodes 34A and 34B may be determined based on the displacement of other unnecessary vibrations (vibrations other than the thickness shear vibrations) instead of the bending vibrations. Good. Even in this case, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

さらに、上述の実施形態では、メサ部50が下段メサ部51と上段メサ部52との2段に形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、メサ部50は、少なくとも1段形成されていればよい。また、例えば、メサ部50を3段以上で構成してもよい。
さらに、2段以上形成されている場合は、1段目のメサ部を特定のモードの不要振動の節となる位置に形成し、2段目のメサ部を1段目とは異なるモードの不要振動の節となる位置に形成しても、上述と同様の効果を奏する。また、同じモードであっても自然数m、nが異なっている場合であってもよい。これらの場合、圧電板11の一辺の長さLの中央にメサ部50の中央を一致させるように形成する必要はない。
Further, in the above-described embodiment, the case where the mesa unit 50 is formed in two stages of the lower mesa unit 51 and the upper mesa unit 52 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the mesa portion 50 only needs to be formed in at least one stage. Further, for example, the mesa unit 50 may be configured with three or more stages.
Furthermore, when two or more stages are formed, the first-stage mesa part is formed at a position that becomes a node of unnecessary vibration in a specific mode, and the second-stage mesa part does not need a mode different from the first stage. Even if it is formed at a position to be a vibration node, the same effect as described above can be obtained. Further, even in the same mode, the natural numbers m and n may be different. In these cases, it is not necessary to form the mesa portion 50 so that the center of the length L of one side of the piezoelectric plate 11 coincides with the center.

さらに、上述の実施形態では、下段メサ部51と上段メサ部52のそれぞれの形状が、屈曲振動の節の位置に基づいて決定されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、下段メサ部51または上段メサ部52の少なくも何れか一方の形状が、不要振動の節の位置に基づいて決定されていればよい。
とりわけ、上段メサ部52の形状を、不要振動の節の位置に基づいて決定することにより、屈曲振動と厚み滑り振動との連成を効果的に抑制できる。また、メサ部50を3段以上の複数段で形成する場合、少なくとも最上段のメサ部の形状を、不要振動の節の位置に基づいて決定することにより、屈曲振動と厚み滑り振動との連成を効果的に抑制できる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the shapes of the lower mesa portion 51 and the upper mesa portion 52 are determined based on the positions of the nodes of the bending vibration has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is only necessary that the shape of at least one of the lower mesa 51 or the upper mesa 52 is determined based on the position of the unnecessary vibration node.
In particular, by determining the shape of the upper mesa portion 52 based on the position of the node of the unnecessary vibration, the coupling between the bending vibration and the thickness shear vibration can be effectively suppressed. Further, when the mesa unit 50 is formed in a plurality of stages of three or more stages, at least the shape of the uppermost mesa part is determined based on the position of the node of the unnecessary vibration, so that the bending vibration and the thickness-shear vibration are linked. It is possible to effectively suppress the formation.

また、上述の実施形態では、メサ部50に加え、各励振電極34A,34Bの形状も、不要振動に基づいて決定している場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも下段メサ部51または上段メサ部52の何れか一方が不要振動に基づいて形成されていればよい。そして、各励振電極34A,34Bは、不要振動に基づいて形成されていなくてもよい。すなわち、励振電極34A、34Bがメサ部50からはみ出るように、つまりメサ部50を含むように形成されていてもよい。この場合であっても、従来と比較して、圧電振動片10が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片10の温度特性が低下したりしてしまうことを防止できる。   Further, in the above-described embodiment, a case has been described in which the shapes of the excitation electrodes 34A and 34B are determined based on unnecessary vibrations in addition to the mesa unit 50. However, the present invention is not limited to this, and it is only necessary that at least one of the lower mesa 51 or the upper mesa 52 is formed based on unnecessary vibration. And each excitation electrode 34A, 34B does not need to be formed based on unnecessary vibration. That is, the excitation electrodes 34 </ b> A and 34 </ b> B may be formed so as to protrude from the mesa unit 50, that is, include the mesa unit 50. Even in this case, it is possible to prevent the piezoelectric vibrating reed 10 from obtaining a desired oscillation frequency and the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating reed 10 from being deteriorated as compared with the conventional case.

さらに、上述の実施形態では、メサ部50の形状、および励振電極34A,34Bの形状を決定するにあたり、圧電板11の他辺と上段メサ部52の端辺52Aとの間の距離W1、圧電板11の他辺と各励振電極34A,34Bの端辺34a,34bとの間の距離W2、および圧電板11の他辺と下段メサ部51の端辺51Aとの間の距離W3を、それぞれ式(1)〜(3)を満たすように設定した。換言すれば、上段メサ部52の端辺52A、下段メサ部51の端辺51A、および各励振電極34A,34Bの端辺34a,34bは、それぞれ不要振動の節の位置(屈曲振動の節の位置P1,P2,P3)を中心として±20%の範囲内に位置している場合について説明した。
しかしながら、これに限られるものではなく、上段メサ部52の端辺52A、下段メサ部51の端辺51A、および各励振電極34A,34Bの端辺34a,34bの位置は、それぞれ少なくとも不要振動の腹の位置を避けた位置であればよい。このように構成することで、従来と比較して、圧電振動片10が所望の発振周波数を得られなくなったり、圧電振動片10の温度特性が低下したりしてしまうことを防止できる。
Furthermore, in the above-described embodiment, when determining the shape of the mesa unit 50 and the shapes of the excitation electrodes 34A and 34B, the distance W1 between the other side of the piezoelectric plate 11 and the end side 52A of the upper mesa unit 52, the piezoelectric A distance W2 between the other side of the plate 11 and the end sides 34a and 34b of the excitation electrodes 34A and 34B, and a distance W3 between the other side of the piezoelectric plate 11 and the end side 51A of the lower mesa portion 51, respectively. It set so that Formula (1)-(3) might be satisfy | filled. In other words, the end side 52A of the upper mesa portion 52, the end side 51A of the lower step mesa portion 51, and the end sides 34a and 34b of the excitation electrodes 34A and 34B are respectively located at the positions of the nodes of the unnecessary vibration (the bending vibration nodes). The case where it is located within a range of ± 20% centering on the positions P1, P2, P3) has been described.
However, the present invention is not limited to this, and the positions of the end side 52A of the upper mesa portion 52, the end side 51A of the lower mesa portion 51, and the end sides 34a and 34b of the excitation electrodes 34A and 34B are at least unnecessary vibrations. Any position that avoids the position of the belly is acceptable. By configuring in this way, it is possible to prevent the piezoelectric vibrating reed 10 from obtaining a desired oscillation frequency and the temperature characteristics of the piezoelectric vibrating reed 10 from being deteriorated as compared with the conventional case.

また、上述の実施形態では、メサ部50の形状が矩形のものについて説明した。しかしながら、メサ部50の形状はこれに限らず、角C面や角R面が取られたものや小判型や楕円形状などであっても良い。その場合、角Cや角Rの基点を結ぶ辺が、上述した式を満たすように設定すれば効果が生じる。   In the above-described embodiment, the mesa portion 50 has a rectangular shape. However, the shape of the mesa portion 50 is not limited to this, and may be a shape having a corner C surface or a corner R surface, an oval shape, an elliptical shape, or the like. In that case, if the side connecting the base points of the corner C and the corner R is set so as to satisfy the above-described formula, an effect is obtained.

1…圧電振動子 5…パッケージ 10…圧電振動片 11…圧電板 11A…一方主面(主面) 11B…他方主面(主面) 34A…一方の励振電極(励振電極) 34a,34b…端辺 34B…他方の励振電極(励振電極) 50…メサ部 51…下段メサ部 51A,52A…端辺 52…上段メサ部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric vibrator 5 ... Package 10 ... Piezoelectric vibration piece 11 ... Piezoelectric plate 11A ... One main surface (main surface) 11B ... Other main surface (main surface) 34A ... One excitation electrode (excitation electrode) 34a, 34b ... End Side 34B ... other excitation electrode (excitation electrode) 50 ... mesa part 51 ... lower mesa part 51A, 52A ... end side 52 ... upper mesa part

Claims (6)

表裏のそれぞれの主面の少なくとも一方に、少なくとも一段のメサ部が形成された圧電板と、
前記メサ部を含むように前記圧電板上に配置され、前記圧電板を駆動させるための一対の励振電極と、
前記励振電極とマウント電極とを接続する引き回し電極と、
を備え、
前記圧電板は、平面視四角形状に形成されており、
前記圧電板の一辺の長さをLとし、
前記圧電板の前記一辺と交差する他辺と複数の前記メサ部のうちの任意の段における前記メサ部の端辺との間の距離をW1とし、
mとnを自然数(m>n)としたとき、
距離W1は、
[nL/(2m−1)]×0.8<W1<[nL/(2m−1)]×1.2
を満たすように設定されていることを特徴とする圧電振動片。
A piezoelectric plate having at least one mesa portion formed on at least one of the main surfaces of the front and back sides;
A pair of excitation electrodes disposed on the piezoelectric plate so as to include the mesa portion and driving the piezoelectric plate;
A routing electrode connecting the excitation electrode and the mount electrode;
With
The piezoelectric plate is formed in a square shape in plan view,
The length of one side of the piezoelectric plate is L,
The distance between the other side intersecting with the one side of the piezoelectric plate and the end side of the mesa unit at any stage among the plurality of mesa units is W1,
When m and n are natural numbers (m> n),
The distance W1 is
[nL / (2m−1)] × 0.8 <W1 <[nL / (2m−1)] × 1.2
A piezoelectric vibrating piece characterized by being set to satisfy
前記距離W1は、複数の前記メサ部のうち、最上段の前記メサ部の前記端辺と、前記他辺との間の距離であることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動片。   2. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the distance W <b> 1 is a distance between the end side of the uppermost mesa portion and the other side of the plurality of mesa portions. 前記圧電板は、平面視四角形状に形成されており、
前記圧電板の一辺の長さをLとし、
前記圧電板の前記一辺と交差する他辺と前記励振電極の前記端辺との間の距離をW2とし、
mとnを自然数(m>n)としたとき、
距離W2は、
[nL/(2m−1)]×0.8<W2<[nL/(2m−1)]×1.2
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電振動片。
The piezoelectric plate is formed in a square shape in plan view,
The length of one side of the piezoelectric plate is L,
The distance between the other side intersecting the one side of the piezoelectric plate and the end side of the excitation electrode is W2,
When m and n are natural numbers (m> n),
The distance W2 is
[nL / (2m−1)] × 0.8 <W2 <[nL / (2m−1)] × 1.2
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating piece is set so as to satisfy
前記圧電板は、ATカット水晶基板により形成され、
前記圧電板の長手方向が水晶結晶軸におけるZ´軸方向となる、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の圧電振動片。
The piezoelectric plate is formed of an AT cut quartz substrate,
The longitudinal direction of the piezoelectric plate is the Z′-axis direction in the crystal axis,
The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記メサ部の端辺とは、前記メサ部の稜線であることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の圧電振動片。   5. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the end side of the mesa portion is a ridge line of the mesa portion. 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の圧電振動片と、
前記圧電振動片が実装されるパッケージと、
を備えたことを特徴とする圧電振動子。
The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 5,
A package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted;
A piezoelectric vibrator characterized by comprising:
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