JP2009253902A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電極が狭ピッチ化されても端子のショート等の不具合を防止することを目的としている。
【解決手段】圧電振動片１は、基部１０と基部１０に支持された振動腕１８とを有する。振動腕１８に複数の励振電極２６が形成され、基部１０に樹脂突起４０が設けられ、複数の励振電極２６と電気的に接続するように樹脂突起４０に端子電極４２が形成されている。パッケージ４４は、その内部に複数の固定電極４６を有し、圧電振動片１を内部に収容する。圧電振動片１の基部１０及びパッケージ４４は、絶縁性の接着剤４８によって接着されている。複数の端子電極４２と複数の固定電極４６が対向して接触している。樹脂突起４０は、弾力性を有し、圧電振動片１とパッケージ４４の間で圧縮されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電振動子に関する。

特許文献１には、圧電振動片の電極に接触するようにエポキシ系またはポリイミド系の導電性接着剤を設け、それ以外の箇所にはシリコーン系導電性接着剤を配置した圧電デバイスが開示されている。しかしながら、導電性接着剤を使用すると、圧電振動片の実装時に接着剤が拡がってしまい、電極が狭ピッチ化されると、隣同士の電極のショート等の不具合が発生する可能性が高くなり、量産性を確保することが難しい。
特開２００３−２９４４５０号公報

本発明は、電極が狭ピッチ化されても端子のショート等の不具合を防止することを目的としている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る圧電振動子は、
基部と前記基部に支持された振動腕とを有し、前記振動腕に励振電極が形成され、前記基部に樹脂突起が設けられ、前記励振電極と電気的に接続するように前記樹脂突起に端子電極が形成されてなる圧電振動片と、
内部に固定電極を有し、前記圧電振動片を内部に収容するパッケージと、
前記圧電振動片の前記基部及び前記パッケージを接着する絶縁性の接着剤と、
を含み、
前記端子電極と前記固定電極が対向して接触し、
前記樹脂突起は、弾力性を有し、前記圧電振動片と前記パッケージの間で圧縮されている。本適用例によれば、絶縁性の接着剤を使用するので隣同士の端子電極のショート等の不具合を防止することができる。また、樹脂突起の弾力性によって、端子電極と固定電極の接触を維持するので、電気的な接続信頼性も確保される。
［適用例２］本適用例に係る圧電振動子において、
前記基部は、前記樹脂突起が設けられる第1の部分と、前記振動腕が接続される第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する連結部と、を有し、前記励振電極は、前記連結部の少なくとも一方の表面を通って基部の第１の部分まで形成された配線に接続されている。
［適用例３］本適用例に係る圧電振動子において、
前記樹脂突起に複数の前記端子電極が形成され、前記パッケージは複数の前記固定電極を有し、前記複数の端子電極はそれぞれ、対向する前記複数の固定電極に接続されている。
［適用例４］本適用例に係る圧電振動子において、
前記振動腕は、支持腕を介して前記基部に支持されていることを特徴とする。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電振動子に使用される圧電振動片を示す図である。図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、それぞれ、図１に示す圧電振動片のIIA−IIA線断面図、IIB−IIB線断面図、IIC−IIC線断面図及びIID−IID線断面図である。

圧電振動子を使用して、発振器又はセンサを構成することができる。圧電振動子を含む発振回路で発振器を構成すると、周波数精度の高い交流信号を得ることができる。また、圧電振動子を使用したセンサは、物理量に応じて圧電振動片の周波数が変動することを利用してその物理量を検出するセンサである。例えば、温度、加速度によって発生する応力、角速度によって発生するコリオリ力などを検出するジャイロセンサが例に挙げられる。以下、ジャイロセンサに使用される圧電振動片（ジャイロスコープ）の例を説明する。

圧電振動片は、基部１０を有する。基部１０は、パッケージ４４との固定に使用するための第１の部分１２と、パッケージ４４から浮いた状態に維持される第２の部分１４と、第１及び第２の部分１２，１４を連結する連結部１６を有する。連結部１６は、屈曲して延びているので、第２の部分１４の動きや振動を吸収しやすくようになっている。逆に言うと、第２の部分１４が動きやすくなっている。図１の例では、圧電振動片の中央に第２の部分１４が位置し、一対の第１の部分１２が第２の部分１４の両側に位置している。

圧電振動片は、振動腕１８を有する。振動腕１８は、支持腕２０によって基部１０（第２の部分１４）に支持されている。基部１０（第２の部分１４）から一対の支持腕２０が相互に反対方向に延びている。１つの支持腕２０から、相互に反対方向に一対の振動腕１８が延びている。

圧電振動片は、検出腕２２をさらに有する。一対の振動腕１８の間に１つの検出腕２２が位置している。検出腕２２は基部１０（第２の部分１４）に支持されている。図１の例では、検出腕２２は基部１０（第２の部分１４）から直接延びている。なお、振動腕１８及び検出腕２２には、基部１０によって支持される側とは反対の先端に錘部２４が形成されている。圧電振動片（基部１０、振動腕１８及び検出腕２２）は水晶（例えば水晶Ｚ板）からなる。

振動腕１８には複数の励振電極２６が形成されている。複数の励振電極２６は、１つの振動腕１８の両側面に形成されている第１の励振電極２８と、その振動腕１８の少なくとも一方の表面に形成されている第２の励振電極３０と、を含む。第１及び第２の励振電極２８，３０の間に電圧を印加することで電界が発生し、振動腕１８の結晶方位に依存した圧電効果によって、一方の側面が膨張し他方の側面が収縮して、振動腕１８が屈曲振動する。

検出腕２２には複数の検出電極３２が形成されている。複数の検出電極３２は、１つの検出腕２２の両側面に形成されている第１の検出電極３４と、その検出腕２２の少なくとも一方の表面に形成されている第２の検出電極３６と、を含む。検出腕２２が屈曲すると、検出腕２２の結晶方位に依存した圧電効果によって、第１及び第２の検出電極３４，３６の間に電圧が生じる。

基部１０には、複数の配線３８が形成されている。複数の配線３８は、複数の励振電極２６及び複数の検出電極３２に電気的に接続されている。複数の励振電極２６のそれぞれは、連結部１６の少なくとも一方の表面を通って基部１０の第1の部分１２まで形成された配線３８に接続されている。また、複数の検出電極３２のそれぞれは、連結部１６の表面または側面を通って基部１０の第1の部分１２まで形成された配線３８に接続されている。そして、複数の検出電極３２は連結部１６の表面で互いに分離されている。基部１０の第１の部分１２では、配線３８の一部が広くなってランドを構成している。

基部１０（第１の部分１２）には樹脂突起４０が設けられている。樹脂突起４０の材料としては、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；benzocyclobutene）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；polybenzoxazole）、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等を用いてもよい。本実施の形態では、複数の樹脂突起４０が設けられている。樹脂突起４０は、配線３８上に形成してもよいし、基部１０の材料に接触するように形成してもよい。

樹脂突起４０には、端子電極４２が形成されている。複数の端子電極４２が、複数の配線３８を介して、複数の励振電極２６及び複数の検出電極３２と電気的に接続している。図１の例では、複数の樹脂突起４０のそれぞれに１つの端子電極４２が形成されているが、変形例として、１つの樹脂突起４０に複数の端子を形成してもよい。

図３は、本実施の形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する図である。圧電振動片（基部１０、振動腕１８及び検出腕２２）の形成には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度ないし５度の範囲で回転して切り出した水晶Ｚ板であって所定の厚みに切断研磨して得られるものを用いる。図３に示すように、１つの水晶ウエハ１００から複数の圧電振動片１を連結された状態で切り出す。その後、複数の励振電極２６、複数の検出電極３２及び配線３８を形成する。続いて、樹脂突起４０を設ける。樹脂突起４０を設ける工程は、樹脂前駆体層を設け、これをパターニングすることを含んでもよいし、インクジェット方式を適用してもよい。端子電極４２を形成する工程は、配線３８上から樹脂突起４０上に至るように導電膜を形成することを含む。最終的に個々の圧電振動片に切断する。ウエットエッチングによって水晶ウエハから圧電振動片の外形抜きを行ってもよい。

図４は、本実施の形態に係る圧電振動子を説明する図である。圧電振動子は、圧電振動片１を内部に収容するパッケージ４４を含む。パッケージ４４は、内部に複数の固定電極４６を有する。複数の端子電極４２と複数の固定電極４６が対向して接触している。圧電振動片１の基部１０とパッケージ４４は絶縁性の接着剤４８によって接着されている。樹脂突起４０は、弾力性を有し、圧電振動片１とパッケージ４４の間で圧縮されている。この圧縮力は、接着剤４８の硬化収縮によって与えられている。

本実施の形態によれば、絶縁性の接着剤４８を使用するので隣同士の端子電極４２のショート等の不具合を防止することができる。また、樹脂突起４０の弾力性によって、端子電極４２と固定電極４６の接触を維持するので、電気的な接続信頼性も確保される。

図５は、本実施の形態に係る圧電振動子の動作を説明する断面図である。図１に示す第１及び第２の励振電極２８，３０の間に交流電圧を印加すると、圧電効果によって振動腕１８の両側面が相互に反対に圧縮又は伸張して、振動腕１８が屈曲振動する。振動腕１８が速度ｖで屈曲するときに、角速度ωの回転力が加えられると、コリオリ力Ｆ_ｃが働く。これにより、支持腕２０が屈曲し、基部１０の第２の部分１４を介して、検出腕２２に力Ｆ_ｄが生じ、力Ｆ_ｄによって検出腕２２が屈曲振動する。検出腕２２が屈曲振動すると、検出腕２２には、圧電効果によって、図１に示す第１及び第２の検出電極３４，３６の間に交流電圧が生じる。第１及び第２の励振電極２８，３０に印加する交流電圧と、第１及び第２の検出電極３４，３６で生じる交流電圧に位相差があれば、コリオリ力Ｆ_ｃが加えられていることが分かる。こうして、回転の角速度を検出する。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電振動子に使用される圧電振動片を示す図である。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、それぞれ、図６に示す圧電振動片のVIIA−VII A線断面図、VIIB−VIIB線断面図、VIIC−VIIC線断面図、VIID−VIID線断面図及びVIIE−VIIE線断面図である。

本実施の形態では、基部１１０がパッケージ１４４に固定されるようになっている（図８参照）。基部１１０は、圧電振動片の中央に位置する。これに対応して、第１及び第２の励振電極１２８，１３０並びに第１及び第２の検出電極１３４，１３６に接続される配線１３８の形状が、第１の実施の形態とは異なっている。樹脂突起１４０は、基部１１０に設けられ、樹脂突起１４０に端子電極１４２が形成されている。その他の構造は第１の実施の形態で説明した内容が該当する。

図８は、本実施の形態に係る圧電振動子を説明する図である。圧電振動子は、圧電振動片を内部に収容するパッケージ１４４を含む。パッケージ１４４は、内部に複数の固定電極１４６を有する。複数の端子電極１４２と複数の固定電極１４６が対向して接触している。圧電振動片の基部１１０とパッケージ１４４は絶縁性の接着剤１４８によって接着されている。樹脂突起１４０は、弾力性を有し、圧電振動片とパッケージ１４４の間で圧縮されている。この圧縮力は、接着剤１４８の硬化収縮によって与えられている。その他の構造及び作用効果は第１の実施の形態で説明した内容が該当する。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本発明の第１の実施の形態に係る圧電振動子に使用される圧電振動片を示す図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、それぞれ、図１に示す圧電振動片のIIA−IIA線断面図、IIB−IIB線断面図、IIC−IIC線断面図及びIID−IID線断面図である。 第１の実施の形態に係る圧電振動片の製造方法を説明する図である。 第１の実施の形態に係る圧電振動子を説明する図である。 第１の実施の形態に係る圧電振動子の動作を説明する断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る圧電振動子に使用される圧電振動片を示す図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、それぞれ、図６に示す圧電振動片のVIIA−VIIA線断面図、VIIB−VIIB線断面図、VIIC−VIIC線断面図、VIID−VIID線断面図及びVIIE−VIIE線断面図である。 第２の実施の形態に係る圧電振動子を説明する図である。

符号の説明

１…圧電振動片、 １０…基部、 １２…第１の部分、 １４…第２の部分、 １６…連結部、 １８…振動腕、 ２０…支持腕、 ２２…検出腕、 ２４…錘部、 ２６…励振電極、 ２８…第１の励振電極、 ３０…第２の励振電極、 ３２…検出電極、 ３４…第１の検出電極、 ３６…第２の検出電極、 ３８…配線、 ４０…樹脂突起、 ４２…端子電極、 ４４…パッケージ、 ４６…固定電極、 ４８…接着剤、 １１０…基部、 １３８…配線、 １４０…樹脂突起、 １４２…端子電極、 １４４…パッケージ、 １４６…固定電極、 １４８…接着剤

Claims (4)

1. 基部と前記基部に支持された振動腕とを有し、前記振動腕に励振電極が形成され、前記基部に樹脂突起が設けられ、前記励振電極と電気的に接続するように前記樹脂突起に端子電極が形成されてなる圧電振動片と、
   内部に固定電極を有し、前記圧電振動片を内部に収容するパッケージと、
   前記圧電振動片の前記基部及び前記パッケージを接着する絶縁性の接着剤と、
   を含み、
   前記端子電極と前記固定電極が対向して接触し、
   前記樹脂突起は、弾力性を有し、前記圧電振動片と前記パッケージの間で圧縮されている圧電振動子。
2. 請求項１に記載された圧電振動子において、
   前記基部は、前記樹脂突起が設けられる第1の部分と、前記振動腕が接続される第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する連結部と、を有し、
   前記励振電極は、前記連結部の少なくとも一方の表面を通って基部の第１の部分まで形成された配線に接続されている圧電振動子。
3. 請求項１に記載された圧電振動子において、
   前記樹脂突起に複数の前記端子電極が形成され、
   前記パッケージは複数の前記固定電極を有し、
   前記複数の端子電極はそれぞれ、対向する前記複数の固定電極に接続されている圧電振動子。
4. 請求項１乃至３に記載された圧電振動子において、
   前記振動腕は、支持腕を介して前記基部に支持されていることを特徴とする圧電振動子。

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