JP2008252799A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】導電性接着剤の不要な付着による不具合の発生が著しく少なく、圧電振動素子と素子接続用電極パッドの導通接続を確実に確保でき、各個の特性のバラツキが著しく小さい圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】凹部が形成された容器体と、この凹部内底面に形成された素子接続用電極パッドと、励振用電極と容器体接続用電極とが設けられた圧電振動素子と、蓋体とにより構成され、素子接続用電極パッドに容器体接続用電極を導電性接着材で機械的且つ電気的に接続固着することにより凹部内に圧電振動素子が搭載された圧電デバイスであって、前記素子接続用電極パッドの素子接続側主面の辺縁部全周に、素子接続用電極パッドの素子接続側主面の中央を環状に囲繞するリング体が形成されている圧電デバイス。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電振動子又は圧電発振器等の圧電デバイスに関する。

従来、圧電素板の表面に各種電極を形成した圧電振動素子を、容器体に形成した凹部内部に気密状態で搭載した圧電振動子や、この圧電振動素子と発振回路を内蔵した集積回路素子等とを同一の容器体内に搭載した形態である圧電発振器、あるいは、特定の周波数帯を分離する圧電フィルタ等の各種圧電デバイスが、電子部品の一つとして携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器内に多用されている。

従来の圧電デバイスの一形態を、圧電デバイスの一つである圧電振動子を例として図５及び図６に示す。即ち、図５及び図６に示す圧電デバイスの一つである圧電振動子１００に使用される圧電振動素子１０１は、平面視矩形で平板形状の圧電素板１０２の表裏主面の中央部に、圧電素板１０２を励振させるための励振用電極１０３と、圧電素板１０２の一短辺近傍に圧電振動素子１０１を収納する絶縁性の容器体１０４内に形成される素子接続用電極パッド１０５との接続をとるための一対の容器体接続用電極１０６と、表裏主面それぞれの励振用電極１０３と各容器体接続用電極１０６とを導通する引出電極１０７が設けられて構成される。

素子接続用電極パッド１０５は、容器体１０４内に形成した凹部１０８内底面の一短辺側面近傍に、容器体１０４の上面に形成されており、素子接続用電極パッド１０５は導配線（ビアホール等）により、容器体１０４の外部底面に形成された外部接続用電極端子１１１と導通されている。

前記したような各種電極が表面に形成された圧電振動素子１０１が、圧電振動素子１０１の主面が凹部１０８内の底面にほぼ平行な姿勢で、且つ容器体接続用電極１０６と素子搭載用電極パッド１０５が対向するように凹部１０８内に配置され、容器接続用電極１０６と素子接続用電極パッド１０５との間に塗布された導電性接着材１０９により、容器体１０４に導通固着している。尚、この導電性接着材１０９を加熱固化することにより、圧電振動素子１０１を容器体１０４内部において所望の姿勢で保持を行っている。

このような圧電振動素子１０１を凹部１０８内に搭載した容器体１０４に、この凹部１０８の開口部を囲繞する側壁部頂面上に金属製の蓋体１１０を、凹部１０８開口部を覆う形態で配置し、蓋体１１０と容器体１０４とを接合することで、凹部空間１０８内を気密封止した圧電振動子１００が形成される（例えば、特許文献１又は特許文献２を参照）。

又、圧電デバイスの一つである圧電発振器の形態（不図示）としては、容器体の凹部内底面に、搭載する集積回路素子の厚みより高さがある支持台を形成し、凹部内の底面上に少なくとも発振回路を内蔵した集積回路素子を搭載し、支持台上面に形成した素子接続用電極パッド上に圧電振動素子を搭載し気密封止された形態の圧電発振器（例えば、特許文献３を参照）や、その他様々な形態の圧電発振器がある（例えば、特許文献４又特許文献５を参照）。

特開２００４−２８９４７０号公報 特開２００５−１９８２２７号公報 特開２００４−１０３６２７号公報 特開平８−７８９５５号公報 特開２００５−１５９５７４号公報

尚、先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかし、圧電振動子や圧電発振器などの圧電デバイスの小型化が進むと、圧電デバイスに設ける各素子接続用電極パッドの素子接続側主面の面積を小さくしなければならず、且つ素子接続用電極パッドは一対で設けるので、隣り合う素子接続用電極パッド間の距離を狭くしなければならなくなる。その場合、圧電振動素子の接続固着に必要十分な量の導電性接着材を素子接続用電極パッド上に塗布した場合、その導電性接着材が素子接続用電極パッド上から凹部内底面上に流出してしまう虞がある。流出した導電性接着材は、搭載した圧電振動素子の表面に付着して圧電振動素子の振動特性に悪影響を与え、又、小型化のために近接して形成されている他の素子接続用電極パッドに接触して短絡するので、圧電デバイスとして不具合を生じる虞がある。

又、導電性接着材の量を接続固着が可能な最少量にした場合でも、導電性接着材上に圧電振動素子を配置したときに、圧電振動素子の自重又は圧電振動素子の配置の際の圧力で、導電性接着材が素子接続用電極パッド上から凹部内底面上に流出してしまう虞がある。

更に、素子接続用電極パッド上から流出する導電性接着剤の量の制御はできないので、流出する導電性接着剤の量が多くなった場合、圧電振動素子を確実に固着するための導電性接着剤が素子接続用電極パッド上に確保できず、落下時の衝撃等により圧電振動素子と素子接続用電極パッドの接続状態が不完全なり、最悪の場合、圧電振動素子が脱落する可能性がある。又、素子接続用電極パッド上から流出する導電性接着剤の量の差異により、圧電振動素子の搭載時の高さが圧電デバイスの各個で不均一になり、個々の圧電デバイスで諸特性にバラツキが生じてしまう。

よって、本発明の目的は、圧電デバイスの小型化が進んだ場合でも、圧電振動素子を素子接続用電極パッド上のみで、導電性接着剤で接続固着することができ、導電性接着剤の不要な付着による不具合の発生を防ぎ、更に圧電振動素子と素子接続用電極パッドの導通接続を確実に確保でき、圧電振動素子の搭載高さを均一にすることで各個の特性のバラツキが著しく小さい圧電デバイスを提供することにある。

本発明における圧電デバイスは、一方の主面に開口部を設けた凹部が形成された容器体と、この凹部内底面に形成された一対の素子接続用電極パッドと、表裏主面のそれぞれに励振用電極が設けられており、この励振用電極から表裏各主面の一辺縁部に延設された容器体接続用電極が形成されている圧電振動素子と、凹部の開口部を覆い、凹部内空間を気密に封止する蓋体とにより構成され、素子接続用電極パッドに容器体接続用電極を導電性接着材で機械的且つ電気的に接続固着することにより凹部内に圧電振動素子が搭載された圧電デバイスであって、前記素子接続用電極パッドの素子接続側主面の辺縁部全周に、素子接続用電極パッドの素子接続側主面の中央を環状に囲繞するリング体が形成されていることを特徴とする。

又、前記リング体の材質が酸化アルミニウムであることを特徴とする前記記載の圧電デバイスでもある。

本発明の圧電デバイスによって、圧電デバイスの小型化が進み、一個当たりの素子接続用電極パッドの素子接続側主面の面積を小さく、且つ隣接する他の素子接続用電極パッド間の距離を狭くなった場合でも、圧電振動素子の接続固着に必要十分な量の導電性接着材を素子接続用電極パッド上に塗布した場合、素子接続用電極パッドの素子接続側主面上に設けたリング体により、素子接続用電極パッド上に塗布した導電性接着剤が素子接続用電極パッドから凹部内底面上に流出するのを防ぐことができる。因って、流出した導電性接着材が、搭載した圧電振動素子の表面に付着して圧電振動素子の振動特性に悪影響を与えてしまったり、又、小型化のために近接して形成されている他の素子接続用電極パッドに接触して短絡してしまったりすることがなく、圧電デバイスとして不具合を生じない。

又、導電性接着材の量を接続固着が可能な最少量にした場合でも、導電性接着材上に圧電振動素子を配置したときに、圧電振動素子の自重又は圧電振動素子の配置の際の圧力で、導電性接着材が素子接続用電極パッド上から凹部内底面上に流出することを防ぐことができる。

更に、導電性接着剤が素子接続用電極パッド上から流出することがないので、圧電振動素子を確実に固着するための導電性接着剤量を素子接続用電極パッド上に確保でき、落下時の衝撃等により圧電振動素子と素子接続用電極パッドとの導通接続が不完全になることがなく、又、素子接続用電極パッド上にある導電性接着剤の量を一定にできるので、圧電振動素子の搭載時の高さが圧電デバイスの各個で均一にすることができる。従って、圧電振動素子が蓋体や容器体と接触することがないので、個々の圧電デバイスで諸特性のバラツキの発生を防ぐことができる。

よって、本発明は、圧電振動素子を素子接続用電極パッド上のみで、導電性接着剤で接続固着することができ、導電性接着剤の不要な付着による不具合の発生が著しく少なく、更に圧電振動素子と素子接続用電極パッドの導通接続を確実に確保でき、圧電振動素子の搭載高さを均一にすることで各個の特性のバラツキが著しく小さい圧電デバイスを提供する効果を奏する。

以下、本発明を添付した各図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を付す。又、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各構造部分における厚み寸法は誇張して図示している。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す分解斜視図である。図２は、図１記載の圧電デバイスを組み立てた後、図１記載の仮想切断線Ａ−Ａ′で切断した場合の断面図である。図３は、図２記載の二点鎖線円Ｂ内の構造を拡大して示した部分断面図である。図１に図示する圧電デバイスの一例である圧電振動子１０は、大略的に、容器体１１と、圧電振動素子１２、蓋体１３とで構成されている。

図１から図３に示した圧電振動子１０に搭載される圧電振動素子１１は、人工水晶体よりＡＴカットアングルで切り出され外形加工を施すことにより、平面視矩形で平板形状とした圧電素板１２と、圧電素板１２の表裏主面の中央部上に設けられる圧電素板１２を励振させるための励振用電極１３とで主に構成されている。又、圧電素板１２の一方の短辺近傍には、圧電振動素子１１を収納する絶縁性の容器体１４の凹部１８内底面に設けられた素子接続用電極パッド１５との電気的な接続をとるための一対の容器体接続用電極１６が設けられおり、表裏主面各々の励振用電極１３と各容器体接続用電極１６とは、引き出し電極１７により接続導通されている。。

容器体１４は、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなり、平面視矩形状の概略直方体の外形を有する。又、容器体１４には、その一方の主面に開口部を有する凹部１８が設けられており、凹部１８内底面の一方の短辺近傍に、その短辺に沿って、圧電振動素子１１に設けられた容器体接続用電極１６と電気的に接続するための素子接続用電極パッド１５が一対設けられている。更に、容器体１４の他方の主面の４つの角部には、素子搭載用電極パッド１５と電気的に接続したものを含む外部接続用電極端子２１が設けられている。尚、この素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面の形状は四角形であり、素材には導電性が比較的高い金属が用いられる。

この素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面上には、素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面の辺縁部全周に、素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面の中央を環状に囲繞するリング体１９が設けられている。ここで素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面と、圧電振動素子１１の凹部１８内底面に対向する主面に設けられている容器体接続用電極１６との間隔は１５μｍ〜３０μｍ程度あり、そのリング体１９の厚さは、素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面と容器体接続用電極１６との間隔の１／３〜２／３程度の厚みとなるように形成されている。又、リング体１９には酸化アルミニウムが用いられる。このリング体１９は、容器体１４のセラミック材料を積層し焼成する前に、素子接続用電極パッド１５の形成後にスクリーン印刷等により形成される。

圧電振動素子１１は、リング体１９で囲繞された素子接続用電極パッド１５の素子接続側主面上に塗布された導電性接着剤２０に、圧電振動素子１１の凹部１８内底面に対向する主面に設けられている容器体接続用電極１６を接合し、導電性接着剤２０を加熱固化することで、圧電振動素子１１の主面が凹部１８内の底面とほぼ平行となる姿勢で凹部１８内に搭載される。この加熱固化前の流動性を有する導電性接着剤２０は、リング体１９の作用により、素子接続用電極パッド１５から凹部１８内底面上に流出してしまう虞がなくなる。因って、導電性接着材２０が、搭載した圧電振動素子１１の表面に付着して圧電振動素子１１の振動特性に悪影響を与えてしまったり、又、小型化のために近接して形成されている他の素子接続用電極パッド１５に接触して短絡してしまったりすることがなく、圧電振動子１０として不具合を生じない。

更に、リング体１７を設けることで、圧電振動素子１１の容器体接続用電極１６と、素子接続用電極パッド１５とその素子接続側主面上のリング体７との間における導電性接着剤２０による接合面積が従来に比べ広くすることができ、圧電振動素子１１に落下等の衝撃が加わったときに、圧電振動素子１１と導電性接着材２０との接合状態の悪化を招くことがなく、接着状態を安定した状態で圧電振動素子１１を素子接続用電極パッド１５上に保持することが可能となる。

このような形態で圧電振動素子１１を凹部１８内に搭載した容器体１４において、この容器体１４の開口部を囲繞する側壁部頂面上に、４２アロイやコバール、リン青銅等から成る金属製の蓋体２２を、凹部空間１８の開口部を覆う形態で配置し、真空中又は不活性ガス中で蓋体２２と容器体１４とを接合することで、凹部空間１８内を気密封止した圧電振動子１０が構成される。

（第二の実施形態）
図４は、本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す断面図である。即ち、図４に示した圧電デバイスの一例である圧電発振器４０は、大略的に、基板４２と、第１の枠部４３ａと第２の枠体４３ｂによりなる容器体４１と、圧電振動素子４６と、集積回路素子４４及び蓋体４５とにより構成されている。

容器体４１は、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る平面視矩形状の基板４２と、この基板４２の表裏両主面それぞれに接合した、基板４２の主面外周形状と同じ外周形状であり且つ基板４２と同様のセラミック材料から成る第１の枠体４３ａと第２の枠体４３ｂから成る。この容器体４１は、基板４２の一方の主面と第１の枠体４３ａの内面とで囲繞される凹部４９内に圧電振動素子４６を収容し、基板４２の他方の主面と第２の枠体４３ｂの内面とで囲繞される凹部５０内に集積回路素子４４を収容するためのものである。

又、容器体４１の凹部４９に収容される圧電振動素子４６は、人工水晶体よりＡＴカットアングルで切り出され外形加工を施すことにより平面視矩形で平板形状とした圧電素板５２を主な構成体としており、圧電素板５２の表裏主面の中央部上には、圧電素板５２を励振させるための励振用電極５３が設けられている。又、圧電素板５２の一方の短辺近傍に素子接続用電極パッド４７との電気的な接続をとるための一対の容器体接続用電極５４と、表裏主面各々の励振用電極５３と各容器体接続用電極５４とを導通接続する引き出し電極５５とを設けることで圧電振動素子４６が構成されている。

更に、基板４２の他方の主面に接合された第２の枠部４３ｂの実装側頂面の四隅には外部接続端子５６が被着形成されている。これら第２の枠部４３ｂで囲繞された基板４２の他方の主面には、矩形状に形成されたフリップチップ型の集積回路素子４４が、導電性接着材５７を介して基板４２に接続されている。また、集積回路素子４４と基板４２間の接続部分は樹脂５８で被覆保護されている。

集積回路素子４４は、その回路形成面に、例えば、周囲の温度状態を検知する温度センサ素子と、圧電振動素子４６の温度特性を補償する温度補償データを有し、この温度補償データに基づいて圧電振動素子４６の振動特性を温度センサ素子からの温度データに応じて補正する温度補償回路と、この温度補償回路に接続されて所定の発振出力信号を生成する発振回路等が設けられている。この発振回路で生成された発振出力信号は、外部に出力された後、例えばクロック信号等の基準信号として利用されることとなる。ここで圧電振動素子４６が接続した素子接続用電極パッド４７と集積回路素子３７の所定の端子とは、基板４２の内に設けられた内部配線（不図示）により接続されている。

第１の枠体４３ａが接合されることで第１の枠体４３ａにより囲繞された基板４２の一方の主面には、素子接続用電極パッド４７が設けられており、この素子接続用電極パッド４７上に導電性接着材４８を介して圧電振動素子４６が実装される。素子接続用電極パッド４７は、凹部４９内底面の一方の短辺近傍に、その短辺に沿って一対設けられている。この素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面の形状は四角形であり、素材には導電性が比較的高い金属が用いられる。

この素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面上には、素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面の辺縁部全周に、素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面の中央を環状に囲繞するリング体５１が設けられている。ここで素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面と、圧電振動素子４６の凹部４９内底面に対向する主面に設けられている容器体接続用電極５４との間隔は１５μｍ〜３０μｍ程度あり、そのリング体５１の厚さは、素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面と容器体接続用電極５４との間隔の１／３〜２／３程度の厚みとなるように形成されている。又、リング体５１には酸化アルミニウムが用いられている。このリング体５１は、容器体４１のセラミック材料を積層し焼成する前に、素子接続用電極パッド４７の形成と同時にスクリーン印刷等により形成される。

圧電振動素子４６は、リング体５１で囲繞された素子接続用電極パッド４７の素子接続側主面上に塗布された導電性接着剤４８に、圧電振動素子４６の凹部４９内底面に対向する主面に設けられている容器体接続用電極５４を接合し、導電性接着剤４８を加熱固化することで、所望の姿勢で凹部４９内に搭載される。この加熱固化前の流動性を有する導電性接着剤４８は、リング体５１の作用により、素子接続用電極パッド４７から凹部４９内底面上に流出してしまう虞がなくなる。因って、導電性接着材４８が、搭載した圧電振動素子４６の表面に付着して圧電振動素子４６の振動特性に悪影響を与えてしまったり、又、小型化のために近接して形成されている他の素子接続用電極パッド４７に接触して短絡してしまったりすることがなく、圧電発振器４０として不具合を生じない。

このようにリング体５１を設けることで、圧電振動素子４６の容器体接続用電極５４と、素子接続用電極パッド４７とその素子接続側主面上のリング体５１との間における導電性接着剤４８による接合面積が従来に比べ広くすることができ、圧電振動素子４６に落下等の衝撃が加わったときに、圧電振動素子４６と導電性接着材４８との接合状態の悪化を招くことがなく、接着状態を安定した状態で圧電振動素子４６を素子接続用電極パッド４７上に保持することが可能となる。

このような形態で圧電振動素子４６を凹部４９内に、及び集積回路素子４４を凹部５０内に搭載した容器体４１において、この容器体４１の凹部４９開口部を囲繞する第１の枠体４３ａ頂面上に、４２アロイやコバール、リン青銅等から成る金属製の蓋体４５を、凹部４９の開口部を覆う形態で配置し、真空中又は不活性ガス中で蓋体４５と容器体４１とを接合することで、凹部４９内を気密封止した圧電発振器４０が構成される。

尚、本発明は各実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。前記各実施形態においては、素子接続用電極パッドの素子接続側主面の外周形状と同じ外周形状のリング体を開示しているが、リング体の形状は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、素子接続用電極パッドの素子接続側主面の四角い外周に内接する円形又は楕円形の外周形状を有するリング体としても構わない。この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。又、リング体の材質についても、前記したような効果を奏するのであれば、酸化アルミニウム以外の素材を使用しても構わない。

又、前記各実施形態では、矩形平板状の圧電素板の一短辺のみに容器接続用電極を形成して固定端とし、他方の短辺側をどこにも接続していない自由端とした、所謂片持ち型の圧電振動素子搭載形態を開示したが、他に圧電素板の表裏主面に形成した励振用電極から、圧電素板の対向する二短辺近傍に１つずつ形成した一対の容器体接続用電極へ、表裏で異なる側の容器体接続用電極と引き出し電極で導通した形態の、所謂両持ち型の圧電振動素子を用いた場合においても、その両持ち型圧電振動素子の容器体接続用電極に対応した素子接続用電極パッドに本発明に係るリング体を設けることで、本発明における作用効果を奏することが可能である。

本発明の第一の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示した分解斜視図である。 図１記載の圧電デバイスを組み立てた後、図１記載の仮想切断線Ａ−Ａ′で切断した場合の断面図である。 図２記載の二点鎖線円Ｂ内の構造を拡大して示した部分断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示した断面図である。 従来の圧電デバイスの一実施形態を、圧電デバイスの一つである圧電振動子を例に示した断面図である。 図５記載の二点鎖線点線円Ｃ内の構造を拡大して示した部分断面図である。

符号の説明

１０・・・圧電振動子（圧電デバイス）
１１，４６・・・圧電振動素子
１２，５２・・・圧電素板
１３，５３・・・励振用電極
１４，４１・・・容器体
１５，４７・・・素子接続用電極パッド
１６，５４・・・容器体接続用電極
１７，５５・・・引き出し電極
１８，４９，５０・・・凹部
１９，５１・・・リング体
２０，４８，５７・・・導電性接着剤
２１，５６・・・外部接続用電極端子
２２，４５・・・蓋体
４０・・・圧電発振器（圧電デバイス）
４２・・・基板
４３ａ・・・第１の枠体
４３ｂ・・・第２の枠体
４４・・・集積回路素子
５８・・・樹脂

Claims (2)

1. 一方の主面に開口部を設けた凹部が形成された容器体と、
   前記凹部内底面に形成された一対の素子接続用電極パッドと、
   表裏主面のそれぞれに励振用電極が設けられており、前記励振用電極から各主面の一辺縁部に延設された容器体接続用電極が設けられている圧電振動素子と、
   前記凹部の開口部を覆い前記凹部内空間を気密に封止する蓋体とにより構成され、
   前記素子接続用電極パッドに、前記容器体接続用電極を導電性接着材で機械的且つ電気的に接続固着することにより前記凹部内に圧電振動素子が搭載された圧電デバイスであって、
   前記素子接続用電極パッドの素子接続側主面の辺縁部全周に、前記素子接続用電極パッドの素子接続側主面の中央を環状に囲繞するリング体が形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
2. リング体の材質が酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。

Images