压电振动部件

1.一种压电振动部件，其特征在于，包括：
封装体，其具有被液密性密封的空间，包括第1封装部件；第2封装部件，该第2封装部件与第1封装部件接合且在第1、第2封装部件内形成液密性密封后的所述空间；及使第1、第2封装部件接合的接合剂；及
压电振动元件，其收纳在所述封装体被密封后的空间内；
在所述压电振动元件的体积为Ve、从所述封装体的所述空间的容积减去所述压电振动元件的体积Ve得到的封装体内的容积为Vp时，Ve/Vp满足下述的式(1)
式(1)：Ve/Vp>(Se×M)/{(Sp+Se)×2.72}
其中，Se是压电振动元件的表面积，Sp表示上述封装体的内部除去压电振动元件后的状态下的封装体内部的空间的表面积；M是指在使用温度为T，相对湿度为100％RH的情况下的用下述式(2)表示的每单位容积的最大水分质量(ug/mm3)；
A
式(2)：M＝217×{6.11×10/(273.15+T)}/1000
其中，A＝7.5×T/(237.3+T)，
所述压电振动部件是通过AT切割形成的水晶。
2.根据权利要求1所述的压电振动部件，其特征在于：
所述接合剂由液密性密封所述空间的绝缘性粘接剂构成。
3.根据权利要求2所述的压电振动部件，其特征在于：
所述第1封装部件是平板状的封装部件，所述第2封装部件是接合在该第1封装部件上且具有向下打开的开口部的盖部件。
4.根据权利要求1所述的压电振动部件，其特征在于：
所述使用温度T为85℃。

压电振动部件\n[0001] 本申请是申请人为“株式会社村田制作所”、发明名称为“压电振动部件”国际申请号为“PCT/JP2008/068562”这一国际申请进入中国国家阶段之后的国家申请\n“200880118497.X”母案申请的分案申请。\n技术领域\n[0002] 本发明涉及用于振子或频带滤波器等的压电振动部件，更详细的说，涉及在封装体内所形成的密封空间中收纳压电振子的压电振动部件。\n背景技术\n[0003] 目前，广泛使用了压电振动部件作为振子或频带滤波器。在压电振动部件中，将压电振动元件收纳在封装体内，且将该封装体的收纳空间密封。这是为了防止其他部件与压电振动元件接触，或对收纳有压电振动元件的空间进行密封，从而提高抗环境特性。\n[0004] 在专利文献1中，公开了图5所示的压电振动部件。在压电振动部件101中，压电振动元件102被收纳在封装体103中。封装体103包括具有向上方打开的开口的第1封装部件\n104和以封闭第1封装部件104的开口的方式固定的平板状的第2封装部件105。在第1封装部件104的上面经由焊锡等构成的金属接合层106接合有第2封装部件105，并由此使封装体\n103内气密性地密封。\n[0005] 压电振动元件102具有由水晶或压电陶瓷构成的压电板107。在压电板107的上面形成第1励振电极108，在下面形成第2励振电极109。压电振动元件102通过导电性粘接剂\n110，其一端固定在第1封装部件104上。即，压电振动元件102以悬臂梁的方式固定在第1封装部件104上。\n[0006] 在上述压电振动部件101中，内部被气密性地密封。由此，空气中的湿气等难以侵入，并可抑制压电振动部件101特性随着时间的劣化。\n[0007] 一般，在压电振动元件102等压电元件中，若因温度变化等，空气中的水分附着在元件表面上，则因质量的增加，压电元件的Ｑ值降低、或谐振阻抗升高。尤其在使用了由水晶等的压电单晶体构成的压电板107的情况下，容易因上述质量的增加，发生Ｑ值的降低和谐振阻抗的升高。由此，压电振动部件101中，特性容易劣化，在更甚的情况下，有时会到达停止振荡。\n[0008] 因此，在下述的专利文献2中公开了图6所示的压电振动部件121。在压电振动部件\n121中，压电振动元件102被收纳在封装部件122内。封装部件122具有平板状的第1封装部件\n123、在第1封装部件123上经绝缘性粘接剂124接合的金属盖125。在第1封装部件123的上面与第1封装部件123一体或分体地设置有支撑部件126。在该支撑部件126的上面形成端子电极127，经导电性粘接剂128，将压电振动元件102的一端与该端子电极127相连。\n[0009] 在压电振动部件121中，虽然封装体122内的空间也被密封，但是与图5所示的使用金属接合层106的情形相比，密封性低。因此，存在空气中的水分等从封装体外侵入到封装体内的危险。因此，在压电振动部件121中，在收纳空间内配置了干燥剂129。通过干燥剂129来吸收渗入的水分，并可以抑制因温度变化在压电振动元件102表面产生的结露。\n[0010] 专利文献1:日本特开2002－198741号公报\n[0011] 专利文献2:日本特开平9－36691号公报\n[0012] 专利文献3:日本特开平6－314928号公报\n[0013] 如上所述，在压电振动部件101中，为了使封装体102内气密性地密封，而使用了金属接合层106。因此，与由廉价的绝缘性粘接剂等树脂所进行的密封结构相比，提高了成本，同时制造工艺变复杂。\n[0014] 与此相对，在图6所示的压电振动部件121中，使用廉价的绝缘性粘接剂124，实现了封装体内的空间的密封。因此，可以降低成本。\n[0015] 但是，在使用了绝缘性粘接剂124的密封结构中，空气中的水分等容易从封装体外侵入到封装体内。因此，压电振子102的表面上容易因温度变化形成的结露而附着水分。其结果，如图6所示，必须配置干燥剂129。因此，部件数目增多，制造工艺变复杂，且封装体内的空间不得不增大用于配置干燥剂129的空间。\n[0016] 除此之外，在配置了干燥剂129的结构中，若超过了干燥剂129的吸湿能力，则依然在压电振子102的表面容易附着水分。即，若压电振动部件121在高湿环境下配置一定时间以上，则依然产生结露，乃至谐振阻抗升高，或到达振荡停止。\n发明内容\n[0017] 本发明鉴于上述现有技术的现状，其目的在于提供一种低廉的压电振动部件，其不会导致密封结构的成本和部件数目的增多，并可以抑制在压电振动元件表面因温度变化附着水分而引起的特性劣化和振荡停止等。\n[0018] 本发明的压电振动部件，其特征在于，包括：封装体，其具有液密性密封的空间；压电振动元件，其收纳在所述封装体被密封后的空间内；在所述压电振动元件的体积为Ve、从所述封装体的所述空间的容积减去所述压电振子的体积Ve得到的封装体内的容积为Vp时，Ve/Vp满足下述的式（1）\n[0019] 式（1）：Ve/Vp>（Se×M）/｛（Sp＋Se）×2.72｝\n[0020] 其中，Se是压电振动元件的表面积，Sp表示上述封装体的内部除去压电振动元件后的状态下的封装体内部的上述空间的表面积；M是指在使用温度为T，相对湿度为100％RH的情况下用下述式（2）表示的每单位容积的最大水分质量（ug/mm3）；\n[0021] 式（2）：M＝217×｛6.11×10A/（273.15＋T）｝/1000\n[0022] 其中，A＝7.5×T/（237.3＋T）。\n[0023] 本发明的压电振动部件中的封装结构并没有特别的限定。本发明的某个特定方面中，所述封装体包括：第1封装部件；与第1封装部件接合，且在第1、第2封装部件内形成所述被密封后的空间的第2封装部件；及用于接合第1、第2封装部件的接合剂。该情况下，通过经接合剂来接合第1封装部件和第2封装部件，可以容易地形成封装体。最好作为接合剂，使用使空间液密性密封的绝缘性粘接剂，该情况下，与金属接合层的形成等相比可以廉价地形成密封结构。\n[0024] 本发明的另一特定的方面中，所述第1封装部件是平板状的封装部件，所述第2封装部件接合在该第1封装部件上，且具有向下打开的开口部的盖部件。该情况下，在将压电振动部件安装在平板状的第1封装部件上后，仅通过接合在第1封装部件上具有向下开的开口部的盖部件，可以容易且高效地制造本发明的压电振动部件。\n[0025] 上述压电振动元件可以由各种压电材料形成，但是本发明的另一特定的方面中，压电振动元件具有压电单晶体。在使用压电单晶体尤其是水晶的情况下，如前所述，容易产生因质量增加引起的Ｑ值和谐振阻抗的改变。因此，在使用对因质量增加造成的特性变化的灵敏度高的水晶等压电单晶体来形成压电振动元件的情况下，通过本发明，可以更有效地抑制Ｑ值的降低和谐振阻抗的升高等。\n[0026] （发明的效果）\n[0027] 本发明的压电振动部件中，由于按照压电振动元件的体积Ve对封装体内的上述容积Vp之比即Ve/Vp满足式（1）的方式形成封装体和压电振动元件，所以难以产生压电振动元件表面的水分附着引起的谐振阻抗的升高等，该压电振动元件表面的水分附着是因温度变化等引起的。即，本发明的压电振动部件中，例如即使来自封装体外的水分渗入到封装体内，Ve/Vp也为上述特定的范围，所以可将压电振动元件的水分附着量限制在对特性几乎没有影响的程度。因此，即使在采用廉价的树脂密封结构的情况下，也可显著地减小谐振阻抗的变化等特性的劣化。\n[0028] 由此，不需要配置干燥剂这样的复杂结构，且不会引起成本的升高，并可抑制因压电振动部件周围的温度变化造成的特性劣化，例如，在压电振子等中，可以防止振荡停止这样的致命问题。\n附图说明\n[0029] 图1（a）（，b）是本发明的一实施方式的压电振动部件的正面截面图和侧面截面图。\n[0030] 图2是图1所示的实施方式的压电振动部件的分解立体图。\n[0031] 图3是表示图1所示的实施方式中使用的压电振动元件上的附着水分量与谐振阻抗变化率之间的关系的图。\n[0032] 图4是用于说明封装结构的变形例的分解立体图。\n[0033] 图5是表示现有压电振动部件的一例的正面截面图。\n[0034] 图6是表示现有压电振动部件的另一例的正面截面图。\n[0035] 图中符号说明：\n[0036] 1-压电振动部件，2-封装体，3-箱体基板（第一封装部件），4-盖，5-绝缘性粘接剂，\n6、7-电极焊盘，6a-连接布线图形，8、9-端子电极，10-压电振动元件，10a-压电板，10b-端部边缘，11-第一励振电极，12-第一导出电极，14-连接电极，15-第二励振电极，16-第二导出电极，17-导电性粘接剂，20-支撑部件，21、22-虚拟电极，30-封装体，31-第一封装部件，\n31a-收纳凹部，32-盖部件，33-绝缘性粘接剂。\n具体实施方式\n[0037] 下面，参考附图，说明本发明的具体实施方式，从而清楚本发明。\n[0038] 图1（a）、（b）是本发明的一实施方式的压电振动部件的正面截面图和侧面截面图，图2是其分解立体图。压电振动部件1具有封装体2。封装体2具有作为第1封装部件的平板状的箱体基板3和作为第2封装部件的由金属构成的盖4。箱体基板3在本实施方式中由氧化铝构成。但是，箱体基板3也可以由氧化铝之外的其他绝缘性陶瓷形成，也可以由合成树脂等其他绝缘性材料形成。进一步，可以通过在金属板等的表面形成绝缘层的复合材料来形成箱体基板3。\n[0039] 盖4由金属构成，但是也可以由用金属膜包覆合成树脂表面的复合材料形成。进一步，盖4可以由绝缘性陶瓷或合成树脂等绝缘性材料形成。最好，通过使用由金属或用金属膜包覆表面的复合材料构成的盖4，可以对封装体2内进行电磁屏蔽。\n[0040] 盖4具有向下方打开的开口。该开口的边缘借助绝缘性粘接剂5与箱体基板3接合。\n由此，使封装体2内液密性密封。绝缘性粘接剂5在本实施方式中，由环氧树脂系粘接剂构成，价格较低，且使封装体2内的空间液密性密封。实现了这种液密性密封的绝缘性粘接剂5与例如实现了专利文献1所述这种气密密封的金属接合层106相比价格低。因此，通过使用绝缘性粘接剂5，可以降低密封结构的成本。\n[0041] 如图2所示这样，在箱体基板3的上面形成电极焊盘6、7。电极焊盘6经由连接布线图形6a与设置在箱体基板3的一个角部的第1端子电极8电连接。第1端子电极8形成为在箱体基板3的一个角部中，从上面直至切除角部而形成的圆筒曲面状的侧面和箱体基板3的下面。另一方面，电极焊盘7与端子电极9相连，该端子电极9设置在与设置有上述端子电极8的角部在对角线方向位于相反侧的角部。端子电极9从自箱体基板3的上面切除箱体基板3的角部而形成的圆筒曲面状的侧面部分到达箱体基板3的下面。\n[0042] 另外，在箱体基板3的上面形成支撑部件20。支撑部件20从箱体基板3的上面突出，或上面为与箱体基板3的上面平行的方向。支撑部件20由适当的绝缘性材料构成。支撑部件\n20可以与箱体基板3一体形成，支撑部件20也可以通过粘接剂等与箱体基板3的上面相接合而形成。\n[0043] 在形成了上述端子电极8、9的角部之外的其余角部上形成虚拟电极21、22。虚拟电极21、22不是必须，但是在各角部中形成为自通过切除而形成的圆筒曲面状侧面部到达箱体基板3的上面和下面。\n[0044] 上述电极焊盘6、连接布线图形6A、端子电极8、电极焊盘7、端子电极9和虚拟电极\n21、22由适宜的导电性材料构成。在形成这些电极时，可以由镀敷、溅射、蒸镀或烧结等适宜的薄膜形成法来形成。\n[0045] 上述箱体基板3上使用导电性粘接剂17来接合压电振动元件10。作为导电性粘接剂17不应当特别限定，但是在本实施方式中，可使用使环氧树脂系粘接剂含有由Ag构成的填充物（filler）的导电性粘接剂。通过导电性粘接剂17，以悬臂梁方式来支撑压电振动元件10。\n[0046] 压电振动元件10如图2所示那样，具有压电板10a。本实施方式中，压电板10a由通过AT切割形成的水晶构成。但是，压电板10a可以由水晶以外的压电单晶体形成。进一步，压电板10a也可以不是压电单晶体，而由钛酸锆石酸铅系陶瓷这种压电陶瓷形成。\n[0047] 在压电板10a的上面形成有第1励振电极11。与第1励振电极11相连地形成第1导出电极12。\n[0048] 第1导出电极12延长到端部边缘10b，该端部边缘10b位于压电板10a通过导电性粘接剂17接合的一侧。第1导出电极12到达压电板10a的侧面，进一步，与压电板10a的下面形成的连接电极14电连接。\n[0049] 另一方面，在压电板10a的下面，形成第2励振电极15，其隔着压电板10a与第1励振电极11重合。与第2励振电极15相连地形成第2导出电极16。\n[0050] 在压电振动元件10中，通过向第1、第2励振电极11、15间施加交流电压，在厚度滑动模式下压电振动元件10振动，而可得到伴随该振动的共振特性。另外，为了使压电振动元件10的安装容易，在压电振动元件10的自由端附近在比自由端还要内侧的位置上设置前述的支撑部件20。\n[0051] 在支撑部件20的上面和压电振动元件10之间设置间隙A。间隙A不是必须设置的，但是通过设置支撑部件20，可以使压电振动元件10固定到支撑部件6时的操作容易。即，可以防止压电振动元件10的前端侧与箱体基板3冲撞，同时在安装时容易将压电振动元件10配置在正确的方向上。但是，可以不必须设置支撑部件20。\n[0052] 箱体基板3上面的电极焊盘6通过导电性粘接剂17与上述连接电极14接合。压电振动元件10的第2导出电极16通过相同的导电性粘接剂17与电极焊盘7接合。\n[0053] 因此，由于端子电极8、9按照从前述的圆筒曲面状的侧面部到达下面的方式形成，所以压电振动部件1可以从箱体基板3的下面侧表面安装到印刷电路基板等上。\n[0054] 包含上述励振电极11、15的各电极和布线图形在本实施方式中，基底是铬，表面层由金构成，但是也可由其他合适的金属或合金，来形成这些金属。\n[0055] 本实施方式的压电振动部件1的特征在于，在压电振动元件10的体积为Ve、封装体\n2内的空间的容积减去压电振动元件10的体积Ve后得到的封装体内的容积为Vp时，Ve/Vp满足下述的式（1）。\n[0056] 式（1）：Ve/Vp>（Se×M）/｛（Sp＋Se）×2.72｝\n[0057] 其中，Se表示压电振动元件的表面积，Sp表示上述封装体的内部除去压电振动元件后的状态下的封装体内的上述空间的表面积，M是指使用温度为T，相对湿度为100％RH的情况下的由下述式（2）表示的每单位容积的最大水分质量（ug/mm3）。\n[0058] 式（2）：M＝217×｛6.11×10A/（273.15＋T）｝/1000\n[0059] 其中，A＝7.5×T/（237.3＋T）。\n[0060] 由于Ve/Vp满足式（1），所以而如下述这样，根据本实施方式，即使因温度变化，水分附着在压电振动元件10上，也可限制可在在封装体2内的上述空间中存在的水分量，由此，难以产生谐振阻抗升高等特性劣化等。即，本发明除了承认温度变化引起的结露之外，通过将上述封装体2内的空间中存在的水分量限定为一定以下，而具有抑制了温度变化引起的水分侵入，或不必使用干燥剂来吸收封装体2内的水分，而抑制了特性劣化的特征。更具体地说明该情形。\n[0061] 首先，封装体2内的容积Vp中贮存的最大水分量在压电振动部件的使用温度为T℃的情况下，为Vp×M（ug）。即，在使用温度T℃为使用最高温度的情况下，最大水分质量为Vp×M（ug）………式（3）（其中，T是使用最高温度）。\n[0062] 在该最大水分质量的水分全部结露的情况下，压电振动元件10的表面上附着的水分的质量为Se/（Se＋Sp）乘以式（3）的水分质量后的值。这里，Se是压电振动元件10的表面积，Sp是去除封装体2内的压电振动元件10后的状态下的密封空间的表面积。因此，Se/（Se＋Sp）是压电振动元件10的表面积Se相对封装体2内的空间所有表面积的比例。\n[0063] 如上所述，用下述的式（4）表示最大水分质量的水分全部结露的情况下的压电振动元件10表面上附着的水分质量。\n[0064] Vp×M×SE/（Se＋Sp）〔ug〕………式（4）\n[0065] 振荡电路中的振荡裕量、即没有到达振荡停止的裕量用压电振动元件的负性阻抗值表示。例如，如“水晶设备的解说和应用”第53～第54页（QIAJ发行）所示，在振荡电路为负性阻抗值＜谐振阻抗的状态下振荡停止。负性阻抗值至少需要是上述谐振阻抗的5倍左右。\n在实际的振荡电路中，根据该标准，设置为负性阻抗值为谐振阻抗的5倍以上。因此，在使用了透过水分的液密性密封结构的封装体2中，若由附着在压电振动元件10上的水分引起的谐振阻抗增加部分未超过原来的负性阻抗值的400％，则不会产生振荡停止。\n[0066] 另一方面，在压电振动元件中，因附着水分质量的变化，谐振阻抗线性变化。图3表示该情况。图3是表示压电板10a由水晶构成的压电振动元件10上的附着水分质量与谐振阻抗变化率的关系的图。如从图3所看出的，可以明白谐振阻抗变化率相对附着水分质量直线变化。并且，可以明白因水分的附着，谐振阻抗为5倍的附着水分量、即谐振阻抗变化率为＋\n400％的附着水分量是2.72×Ve〔ug〕。\n[0067] 由此，对于在谐振阻抗为5倍的附着水分量>压电振动元件10的表面上附着的水分质量，满足下面的式（5）即可。2.72×Ve>Vp×M×Se/（Se＋Sp）………式（5）\n[0068] 若对式（5）进行变形，则变为上述的式（1）。因此，若决定Ve/Vp，使其满足式（1），则即使因温度变化，水分从封装体外侵入到封装体内，由于限定了所收纳的最大水分质量，所以可以可靠地防止振荡停止。由此，可以看出即使在采用廉价的密封结构即液密性密封结构的情况下，振荡也不会停止。\n[0069] 接着，说明具体的实验例。\n[0070] 作为上述压电振动部件1，由前述的材料构成各部件，各构成部件的尺寸如下这样。\n[0071] 箱体基板3＝长度2.0mm×宽度1.6mm×厚度0.28mm\n[0072] 压电振动元件10的尺寸＝长度Le1.3mm×宽度We0.9mm×厚度Te33μm\n[0073] 根据该尺寸，来制作振荡频率为50MＨｚ的作为压电振子的压电振动部件1。\n[0074] 压电振动元件10的表面积Se＝（Le×We＋We×Te＋Le×Te）×2＝3.39mm2\n[0075] 顺便提一下，Ve＝Le×We×Te＝0.039\n[0076] 盖9的内部尺寸：长度Lp1.62mm×宽度Wp1.22mm×深度Dp0.23mm\n[0077] 封装体2的内部有效空间容积Vp＝Lp×Wp×Dp－Ve＝0.416mm3\n[0078] 封装体2内的收纳空间的表面积Sp＝（Lp×Wp＋Wp×Dp＋Lp×Dp）×2＝5.26mm2[0079] Ve/Vp＝0.094>（Se×M）/（Sp＋Se）×2.72＝0.051\n[0080] 设使用最高温度T℃为85℃。因此，根据上述式（2），M的值变为0.352。\n[0081] 对于本实施例的压电振动部件1，在85℃的温度、相对湿度100%的条件下维持168小时后，冷却到－55℃的温度、相对湿度0％，并在该状态下使压电振动部件1动作。结果，没有发现振荡停止。这意味着即使在使用最高温度T℃和相对湿度100％中贮存的全部水分在封装体2内结露，由于谐振阻抗未到达5倍，也不会发生振荡停止。\n[0082] 由此，即使在使用了灵敏度相对于因水晶等的温度变化造成的增加质量变化高的压电单晶体的情况下，也可通过使用廉价的密封结构来可靠地防止特性的劣化和振荡停止等。以往，在使用了水晶这种对于温度变化等外在因素反应敏感，特性变化的材料的情况下，认为必须采用高价的气密性的密封结构。与此相对，根据本发明，可以确认水分侵入到封装体内，但是通过限定可在该封装体内存在的水分量，可以实现稳定的频率特性。\n[0083] 上述实施方式中，使用了由平板状的箱体基板3构成的第1封装部件与由具有向下打开的开口的盖4构成的第2封装部件，但是也可使用其他封装结构。例如，如图4所示，也可以是由绝缘性陶瓷和合成树脂等构成，借助绝缘性粘接剂33接合具有向上打开的收纳凹部\n31a的第1封装部件31与作为第2封装部件的平板状盖部件32的封装体30。\n[0084] 进一步，本发明中，可以除第1、第2封装部件之外，进一步通过组合其他封装部件来构成封装体，对于在内部空间中收纳的压电振子的支撑方式也不限于悬臂梁方式。进一步，对于所收纳的压电振动元件，也可以是构成频带滤波器等的压电振动元件。