JP2009152717A

JP2009152717A - 圧電素子

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Publication number: JP2009152717A
Application number: JP2007326857A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Shimizu; 教史清水; Takayuki Kikuchi; 菊池　　尊行
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP5380835B2

Abstract

【課題】パッケージの内側底部の電極部と圧電振動片の引き出し電極部との間の導電性の悪化に伴い発生する圧電素子の共振周波数シフトを改善する圧電素子を提供すること。
【解決手段】電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられたエポキシ系導電性接着剤７０は、電極部１３及び引き出し電極部３１を構成する金属元素種の如何に関わらず電極部１３及び引き出し電極部３１と強固に密着し、且つ、物理的及び化学的安定性に優れることから電極部１３と引き出し電極部３１との間の導通性を十分に確保し、維持する。加えて、エポキシ系導電性接着剤７０が設けられていない電極部１３と引き出し電極部３１との間に配置されたシリコン系接着剤７５は、非導電性であることから、電極部１３と引き出し電極部３１との間の導電性の悪化に関与しない。よって、導電性の悪化に伴い発生する圧電素子１の共振周波数シフトを改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数種の接着剤で接続された圧電振動片がパッケージに内蔵された圧電素子に関する。

従来から、複数種の接着剤で接続された圧電振動片がパッケージに内蔵された圧電素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この圧電素子は、圧電振動片の引き出し電極部とパッケージの内側底部の電極部とを接続する導電性接着剤を備えている。ここで、導電性接着剤としてのエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤は、圧電振動片の引き出し電極部上に設けられている。また、導電性接着剤としてのシリコン系導電性接着剤は、圧電振動片の引き出し電極部上に設けられたエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤とパッケージの内側底部の電極部との間に設けられている。または、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤は、パッケージの内側底部の電極部上に設けられている。また、シリコン系導電性接着剤は、パッケージの内側底部の電極部上に設けられたエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤と圧電振動片の引き出し電極部との間に設けられている。または、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤は、圧電振動片の引き出し電極部上とパッケージの内側底部の電極部上とに設けられている。また、シリコン系導電性接着剤は、圧電振動片の引き出し電極部上に設けられたエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤とパッケージの内側底部の電極部上に設けられたエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤との間に設けられている。

特開２００３−１９８３１１号公報（４〜６頁、図１〜図６）

しかしながら、従来の圧電素子では、圧電振動片の引き出し電極部とパッケージの内側底部の電極部とが、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤と、シリコン系導電性接着剤とで接続されている。シリコン系導電性接着剤の被接着物との密着性は、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤の被接着物との密着性に比べ劣る傾向にある。このことにより、シリコン系導電性接着剤と圧電振動片の引き出し電極部、シリコン系導電性接着剤とパッケージの内側底部の電極部、シリコン系導電性接着剤と、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤との間の密着性が十分に確保できない恐れがある。このことから、シリコン系導電性接着剤と圧電振動片の引き出し電極部との界面、シリコン系導電性接着剤とパッケージの内側底部の電極部との界面、シリコン系導電性接着剤と、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤との界面で極めて僅かな剥離が生じる恐れがある。この剥離によって、パッケージの内側底部の電極部と圧電振動片の引き出し電極部との間の導電性が悪化する。また、シリコン系導電性接着剤の物理的及び化学的安定性は、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系接着剤の物理的及び化学的安定性に比べ劣る傾向にある。このことにより、経時的にシリコン系導電性接着剤の電気抵抗値や電気容量値が変化する恐れがあることから、シリコン系導電性接着剤自体の導電性が悪化する可能性がある。したがって、上述の導電性の悪化に伴い、圧電素子の共振周波数シフトが発生しやすいという課題がある。

本発明は、上記の問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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる圧電素子は、内側底部に電極部が形成されたパッケージと、前記内側底部に対向するように配置され、端部に引き出し電極部が形成された圧電振動片と、前記電極部と前記引き出し電極部との間に設けられ、前記電極部と前記引き出し電極部とを接続するエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤と、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤が設けられていない前記電極部と前記引き出し電極部との間に設けられ、前記電極部と前記引き出し電極部とを接続するシリコン系接着剤とを備えてなることを特徴とする。

このような構成によれば、電極部と引き出し電極部とが、電極部と引き出し電極部との間に設けられたエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤と、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤が設けられていない電極部と引き出し電極部との間に設けられたシリコン系接着剤とで接続されている。エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤は、電極部及び引き出し電極部を構成する金属元素種の如何に関わらず電極部及び引き出し電極部と強固に密着し、且つ、物理的及び化学的安定性に優れることから、電極部と引き出し電極部との間の導通性を十分に確保し、維持する。よって、導電性の悪化に伴い発生する圧電素子の共振周波数シフトを改善することが可能である。また、シリコン系接着剤は弾性を有することから、圧電素子に加わる衝撃力に伴い衝撃力が加わる方向の逆方向に向かって、圧電振動片に作用する慣性力を吸収する。よって、圧電素子の耐衝撃性を向上することが可能である。

［適用例２］上記適用例にかかる圧電素子において、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤が、前記電極部と前記圧電振動片の一端に形成された引き出し電極部との間に設けられ、前記シリコン系接着剤が、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤より前記圧電振動片の中心に近づくように設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤が、電極部と圧電振動片の一端に形成された引き出し電極部との間に設けられている。そして、シリコン系接着剤が、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤より圧電振動片の中心に近づくように設けられている。圧電素子に衝撃力が加わる場合、衝撃力に伴う慣性力が圧電振動片に作用する。この慣性力により、圧電振動片は、接着剤で接続された箇所と接着剤で接続されていない箇所との境界部となるシリコン系接着剤が設けられた箇所を支点に、振動することになる。この支点に、電極部と引き出し電極部とを接続し、弾性を有するシリコン系接着剤が設けられていることから、上述の慣性力を効率的に吸収する。そして、慣性力を効率的に吸収することによって、圧電振動片の振動が抑制され、圧電振動片とパッケージの内側底部との衝突による圧電振動片の劣化（割れ、欠け）が抑制される。よって、圧電素子の耐衝撃性をより向上することが可能である。

［適用例３］上記適用例にかかる圧電素子において、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤が、前記電極部と前記圧電振動片の一端に形成された引き出し電極部との間に設けられ、前記シリコン系接着剤が、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤を周状に囲むように設けられていることが好ましい。

このような構成によれば、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤が、電極部と圧電振動片の一端に形成された引き出し電極部との間に設けられている。そして、シリコン系接着剤が、エポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤を周状に囲むように設けられている。よって、エポキシ系導電性接着剤とシリコン系接着剤、ポリイミド系導電性接着剤とシリコン系接着剤とは熱膨張係数が異なるが、圧電素子の温度変化により接着剤が膨張または収縮しても、圧電振動片は傾かないことからパッケージの内側底部に接触しない。したがって、振動が安定した圧電素子を提供することが可能である。

［適用例４］上記適用例にかかる圧電素子において、前記シリコン系接着剤が、非導電性の接着剤であることが好ましい。

このような構成によれば、シリコン系接着剤が非導電性の接着剤である。シリコン系接着剤がエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤に比べ、電極部及び引き出し電極部である金属との密着性に劣る特性を有するが、シリコン系接着剤は非導電性であることから、電極部と引き出し電極部との間の導電性の悪化に関与しない。よって、導電性の悪化に伴い発生する圧電素子の共振周波数シフトをより改善することが可能である。

また、非導電性のシリコン系接着剤が非導電性のシリコン系接着剤を構成するシリコン樹脂が有する弾性より劣る弾性を有する導電性粒子を含有していない。このことにより、シリコン系導電性接着剤に比べ非導電性のシリコン系接着剤は優れた弾性を有することになることから、圧電素子に加わる衝撃力に伴ない圧電振動片に作用する慣性力をより効率的に吸収する。よって、圧電素子の耐衝撃性をさらに向上することが可能である。

以下、実施形態を図面に沿って説明する。以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺が実際とは異なる模式図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の圧電素子を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図１及び図２に示すように、圧電素子１は、パッケージ１０と蓋体５０とで形成された空間に圧電振動片３０を内蔵している。パッケージ１０は、一例としてセラミックグリーンシートを焼結した酸化アルミニウム質焼結体基板を積層して形成されている。パッケージ１０の内側底部１１には、一例として金で形成された一対の電極部１３が設けられている。一対の電極部１３は、不図示のパッケージ１０の外部と接続されて、圧電振動片３０に駆動電圧を供給するものである。

一対の電極部１３の上にエポキシ系導電性接着剤７０と非導電性のシリコン系接着剤７５とが塗布され、このエポキシ系導電性接着剤７０と非導電性のシリコン系接着剤７５との上に圧電振動片３０の引き出し電極部３１が載置されている。そして、エポキシ系導電性接着剤７０と非導電性のシリコン系接着剤７５とが硬化され、パッケージ１０の内側底部１１の電極部１３と圧電振動片３０の引き出し電極部３１とが接続されている。このエポキシ系導電性接着剤７０と非導電性のシリコン系接着剤７５とを用いたパッケージ１０の内側底部１１の電極部１３と圧電振動片３０の引き出し電極部３１との接続の詳細については、後述する。

圧電振動片３０は、一例として水晶で形成され、一端３２側の基部３４と、一端３２の逆側である他端３３側の一対の振動腕部３５とを備えた、所謂、音叉型圧電振動片である。圧電振動片３０の一端３２のエポキシ系導電性接着剤７０と触れる部分には駆動電圧を伝えるため、上述の引き出し電極部３１が形成されており、これにより、圧電振動片３０は、圧電振動片３０の表面に形成された不図示の励振電極がエポキシ系導電性接着剤７０を介して、パッケージ１０の内側底部１１の電極部１３と電気的に接続されている。引き出し電極部３１は、励振電極と一体に形成されて、励振電極に駆動電圧を伝えるものである。このため、引き出し電極部３１は、圧電振動片３０の製造工程において、圧電振動片３０の励振電極と同時に形成されている。この励振電極及び引き出し電極部３１は、一例として下層がクロム、上層が金で形成されている。

蓋体５０は、パッケージ１０の開放された側の端部に低融点ガラスのロー材８０を介して接合されている。また、蓋体５０は、後述の周波数調整を行うために光透過性の材料、一例としてガラスで形成されている。

また、パッケージ１０の内側底部１１に貫通孔１５が設けられ、貫通孔１５の孔内周面には金属が被覆されている。そして、パッケージ１０内に圧電振動片３０を固定した後で、貫通孔１５には金属製の封止材８５が充填されることにより、パッケージ１０と蓋体５０とで形成された空間が気密状態に封止される。その後、透明な蓋体５０を介して、外部からレーザー光を圧電振動片３０の不図示の金属膜に照射し、その一部を蒸散させることにより、質量削減方式の周波数調整を行うことができる。

ここで、金属製の封止材８５としては、一例として金と錫との合金が用いられ、貫通孔１５の孔内周面に形成された金属には、一例として下層がニッケル、上層が金のメッキ膜が用いられている。

次に、エポキシ系導電性接着剤７０と非導電性のシリコン系接着剤７５とを用いたパッケージ１０の内側底部１１の電極部１３と圧電振動片３０の引き出し電極部３１との接続の詳細である本実施形態の特徴的構成について説明する。エポキシ系導電性接着剤７０は、電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられている。そして、エポキシ系導電性接着剤７０は、電極部１３及び引き出し電極部３１を構成する金属元素種の如何に関わらず電極部１３及び引き出し電極部３１と強固に密着し、且つ、物理的及び化学的安定性に優れることから、電極部１３と引き出し電極部３１との間の導通性を十分に確保し、維持する。また、シリコン系接着剤７５は、エポキシ系導電性接着剤７０より圧電振動片３０の一端３２に近づくように設けられている。そして、シリコン系接着剤７５は、弾性を有することから、圧電素子１に加わる衝撃力に伴い衝撃力が加わる方向の逆方向に向かって、圧電振動片３０に作用する慣性力を吸収する。なお、エポキシ系導電性接着剤７０は、接着力を発揮する接着剤成分としてのエポキシ系の合成樹脂剤に、導電性の粒子としての銀製の細粒子が含有されている。

次に、パッケージ１０の内側底部１１の電極部１３と圧電振動片３０の引き出し電極部３１との接続の詳細である接続工程について説明する。図３は、パッケージを示す平面図である。図４は、パッケージに圧電振動片が載置された状態を示す概略図である。図３に示すように、パッケージ１０の内側底部１１に形成された一対の電極部１３に、エポキシ系導電性接着剤７０の一定量をデイスペンスサーを用いて塗布する。次に、エポキシ系導電性接着剤７０よりパッケージ１０の一端１７に近づくように、内側底部１１に形成された一対の電極部１３にシリコン系接着剤７５の一定量をデイスペンスサーを用いて塗布する。次に、図４に示すように圧電振動片３０をパッケージ１０の内側底部１１に対向するように、そして、パッケージ１０の内側底部１１に形成された電極部１３と圧電振動片３０の一端３２に形成された引き出し電極部３１とを対向させる。その後、圧電振動片３０に軽く荷重をかけ、圧電振動片３０を内蔵したパッケージ１０を加温することで、エポキシ系導電性接着剤７０及びシリコン系接着剤７５を硬化し、電極部１３と引き出し電極部３１とを、エポキシ系導電性接着剤７０及びシリコン系接着剤７５を介して密着、接続する。なお、接続工程以外の製造工程は、公知の技術を用いた製造工程となる。

上述の第１の実施形態では、以下の効果が得られる。
（１）電極部１３と引き出し電極部３１とが、電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられたエポキシ系導電性接着剤７０と、エポキシ系導電性接着剤７０が設けられていない電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられたシリコン系接着剤７５とで接続されている。エポキシ系導電性接着剤７０は、電極部１３及び引き出し電極部３１を構成する金属元素種の如何に関わらず電極部１３及び引き出し電極部３１と強固に密着し、且つ、物理的及び化学的安定性に優れることから、電極部１３と引き出し電極部３１との間の導通性を十分に確保し、維持する。加えて、シリコン系接着剤７５は、非導電性であることから、電極部１３と引き出し電極部３１との間の導電性の悪化に関与しない。よって、導電性の悪化に伴い発生する圧電素子１の共振周波数シフトを改善することができる。また、非導電性のシリコン系接着剤７５は、エポキシ系導電性接着剤７０はもとより、シリコン系導電性接着剤よりも優れた弾性を有することから、圧電素子１に加わる衝撃力に伴い衝撃力が加わる方向の逆方向に向かって、圧電振動片３０に作用する慣性力を吸収する。よって、圧電素子１の耐衝撃性を向上することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、上述の実施形態と同じ内容については説明を省き、異なる内容を説明する。図５は、第２の実施形態の圧電素子を示す平面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。図５及び図６に示すように、圧電素子２において、エポキシ系導電性接着剤７０は、電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられている。また、圧電素子２において、シリコン系接着剤７５は、エポキシ系導電性接着剤７０より圧電振動片３０の中心３６に近づくように設けられている。

上述の第２の実施形態では、以下の効果が得られる。
（２）エポキシ系導電性接着剤７０が、電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられている。そして、シリコン系接着剤７５が、エポキシ系導電性接着剤７０より圧電振動片３０の中心３６に近づくように設けられている。圧電素子２に衝撃力が加わる場合、衝撃力に伴う慣性力が圧電振動片３０に作用する。この慣性力により、圧電振動片３０は、接着剤で接続された箇所と接着剤で接続されていない箇所との境界部となるシリコン系接着剤７５が設けられた箇所を支点３７に、振動することになる。この支点３７に、電極部１３と引き出し電極部３１とを接続し、弾性を有するシリコン系接着剤７５が設けられていることから、上述の慣性力を効率的に吸収する。そして、慣性力を効率的に吸収することによって、圧電振動片３０の振動が抑制され、圧電振動片３０とパッケージ１０の内側底部１１との衝突による圧電振動片３０の劣化（割れ、欠け）が抑制される。よって、圧電素子２の耐衝撃性をより向上することができる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、上述の実施形態と同じ内容については説明を省き、異なる内容を説明する。図７は、第３の実施形態の圧電素子を示す平面図である。図８は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。図７及び図８に示すように、圧電素子３において、エポキシ系導電性接着剤７０が電極部１３と引き出し電極部３１との間に配置されている。また、圧電素子３において、シリコン系接着剤７５がエポキシ系導電性接着剤７０を周状に囲むように設けられている。

上述の第３の実施形態では、以下の効果が得られる。
（３）エポキシ系導電性接着剤７０が、電極部１３と引き出し電極部３１との間に設けられている。そして、シリコン系接着剤７５が、エポキシ系導電性接着剤７０を周状に囲むように設けられている。このことにより、電極部１３と引き出し電極部３１との間において、対称形状となるように接着剤が配置されている。よって、エポキシ系導電性接着剤７０とシリコン系接着剤７５とは熱膨張係数が異なるが、圧電素子３の温度変化により接着剤が膨張または収縮しても、圧電振動片３０は傾かないことからパッケージ１０の内側底部１１に接触しない。したがって、振動が安定した圧電素子３を提供することができる。

なお、上記実施形態は上述の内容に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において上述の内容以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、圧電振動片３０は、酸化亜鉛、タンタル酸リチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムなどで形成されてもよい。

また、圧電振動片３０は、矩形型圧電振動片や円形型圧電振動片などであってもよい。

また、エポキシ系導電性接着剤７０に替えて、ポリイミド系導電性接着剤を用いてもよい。

また、エポキシ系導電性接着剤７０及びシリコン系接着剤７５のうち一方の接着剤は、一対の電極部１３の上への圧電振動片３０の設置前に塗布され、圧電振動片３０の設置後に硬化されてもよい。そして、エポキシ系導電性接着剤７０及びシリコン系接着剤７５のうち他方の接着剤は、圧電振動片３０の一対の電極部１３の上への設置後（一方の接着剤の硬化後）、一対の電極部１３と引き出し電極部３１との隙間に入れ込むように塗布され、その後に硬化されてもよい。

また、一対の電極部１３は、金合金、銀やアルミニウムなどで形成されてもよい。

また、引き出し電極部３１は、下層がチタンやニッケルなどで形成されてもよく、上層が金合金や銀などで形成されてもよい。さらに、引き出し電極部３１は、単層のアルミニウムなどで形成されてもよい。

また、封止材８５は、金とゲルマニウムとの合金などであってもよい。

第１の実施形態の圧電素子を示す平面図。図１のＡ−Ａ線断面図。パッケージを示す平面図。パッケージに圧電振動片が載置された状態を示す概略図。第２の実施形態の圧電素子を示す平面図。図５のＢ−Ｂ線断面図。第３の実施形態の圧電素子を示す平面図。図７のＣ−Ｃ線断面図。

符号の説明

１，２，３…圧電素子、１０…パッケージ、１１…内側底部、１３…電極部、３０…圧電振動片、３１…引き出し電極部、３２…一端（端部）、３６…中心、７０…エポキシ系導電性接着剤、７５…シリコン系接着剤。

Claims

内側底部に電極部が形成されたパッケージと、
前記内側底部に対向するように配置され、端部に引き出し電極部が形成された圧電振動片と、
前記電極部と前記引き出し電極部との間に設けられ、前記電極部と前記引き出し電極部とを接続するエポキシ系導電性接着剤またはポリイミド系導電性接着剤と、
前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤が設けられていない前記電極部と前記引き出し電極部との間に設けられ、前記電極部と前記引き出し電極部とを接続するシリコン系接着剤とを備えてなることを特徴とする圧電素子。
請求項１に記載の圧電素子において、
前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤が、前記電極部と前記圧電振動片の一端に形成された引き出し電極部との間に設けられ、
前記シリコン系接着剤が、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤より前記圧電振動片の中心に近づくように設けられていることを特徴とする圧電素子。
請求項１に記載の圧電素子において、
前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤が、前記電極部と前記圧電振動片の一端に形成された引き出し電極部との間に設けられ、
前記シリコン系接着剤が、前記エポキシ系導電性接着剤または前記ポリイミド系導電性接着剤を周状に囲むように設けられていることを特徴とする圧電素子。
請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の圧電素子において、
前記シリコン系接着剤が、非導電性の接着剤であることを特徴とする圧電素子。