JP2009272795A - 圧電振動素子、圧電デバイス、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性接着剤の接続状態の確認が容易で、且つ、導電性接着剤の接着強度を高め
ることができる圧電振動素子を提供する。
【解決手段】水晶基板２と、水晶基板２の両主面に形成された励振電極３、４と、水晶基
板２の片面側に形成された２つのパッド電極６、８と、パッド電極６上に形成される貫通
孔９と、を備え、２つのパッド電極６、８を結んだ直線の延長線上に励振電極４を配置す
ると共に、パッド電極８と励振電極４との間に位置するパッド電極６に貫通孔９を設け、
電極パッド８をリード電極７を介して励振電極４に接続し、電極パッド６をリード電極５
と貫通孔９を介して励振電極４に接続するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動素子、圧電デバイス、及びその製造方法に関わり、特に導電性接着
剤の接着強度の向上を図るのに好適なものである。

携帯電話機等の移動体通信機器は、小型化、軽量化が進む一方で、高機能化についても
強く求められており、高機能化に伴う部品点数の増加と小型化という相反する２つの要求
を同時に満たす為に、電装部を構成するプリント基板の小面積化と、搭載部品等の高密度
化による基板面積の有効利用が重要視されるようになっている。移動体通信機器や伝送通
信機器において周波数制御デバイスとして用いられる水晶共振子（振動子、フィルタ）に
ついても小型化等が強く求められており、高密度実装化に対応するためにデバイスのパッ
ケージ構造としては、表面実装型が主流となっており、併せて高周波化の要求が強くなっ
ている。
図７は、特許文献１に開示されている従来のＡＴカット水晶振動素子の斜視図である。
この図７に示す水晶振動素子１１０は、ＡＴカット水晶基板の基本波厚みすべり振動波
を利用した振動子であって、水晶振動素子１１０を構成する水晶基板の一方の主面をエッ
チングによって凹陥せしめて凹陥部１１３とした構成を有する。従って、この水晶基板は
、凹陥部１１３の底面を超薄肉の振動部１１３ａとすると共に、振動部１１３ａの外周を
全周に亙って厚肉の環状囲繞部１１４により一体的に支持した構成となっている。
更に、マスクを用いて金を蒸着するか、又はフォトリソグラフィにより水晶基板の一方
の主面（振動部１１３ａ）上には、励振電極を構成する主面電極１１１と、これより延出
するリード電極１１５及びパッド電極１１６に加えて、パッド電極１１７を形成する。な
お、パッド電極１１７は、他方の主面上に同様に形成した励振電極を構成する裏面電極１
１２から延出したリード電極１１８を水晶基板の側端面を通って表面側に引き出すことに
よりリード電極１１８と導通している。上記のように水晶振動素子１１０を構成すれば、
支持応力の影響が少ない振動デバイスを実現することができる。
なお、他の先行文献としては、水晶基板の接合強度を高めることを目的として、チップ
外周部に貫通穴を設け、表裏の導通を確保するようにした水晶振動子が開示されている（
特許文献２）。
また、支持部材との電極接続を確実するために、引き出し電極部分の水晶板には貫通孔
を設けるようにした圧電デバイスが開示されている（特許文献３）。
特開２００２−２４６８６９公報 特開２００４−１７３０５０公報 特開平８−０１８３８９号公報

ところで、特許文献１に開示された水晶振動素子１１０を用いて水晶振動子等の圧電デ
バイスを構成する場合は、水晶振動素子１１０のパッド電極１１６、１１７を、図示しな
い表面実装型パッケージの内底面上の導通パッドに導電性接着剤を用いて接続するように
していた。
しかしながら、図７に示した従来の水晶振動素子１１０では、振動部１１３ａに近い側
のパッド電極１１６の接続状態は、パッド電極１１６の金属膜が邪魔になり、目視により
接続状態を確認することができないという問題点があった。
また、従来の水晶振動素子１１０を利用した圧電デバイスは、図示しない表面実装型パ
ッケージの導通パッドとパッド電極１１６、１１７との接続が平面であるため、接着強度
が弱いという問題点があった。
本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、導電性接着剤の接続状態の
確認が容易で、且つ、導電性接着剤の接着強度を高めることができる圧電振動素子、圧電
デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記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］圧電基板と、該圧電基板の両主面に形成された励振電極と、前記圧電基板
の片面側に形成された２つのパッド電極とを備え、前記２つのパッド電極を結んだ直線の
延長線上に前記励振電極が配置され、前記２つのパッド電極のうち、前記励振電極に近い
位置に設けられたパット電極に前記貫通孔を設け、該パッド電極を前記貫通孔とリード電
極を介して前記一方の励振電極に接続し、前記他方のパッド電極をリード電極を介して前
記他方の励振電極に接続した圧電振動素子を特徴とする。

このように構成すれば、２つのパッド電極を導電性接着剤を用いて接続電極に接続した
際に、貫通孔内に充填された導電性接着剤に流入した導電性接着剤により投錨効果が得ら
れるので、導電性接着剤による接続電極とパッド電極との接着強度の向上を図ることがで
きる。
また一方のパッド電極と励振電極との間に位置にする他方のパッド電極に貫通孔を形成
したことで上方からの目視により導電性接着剤の接続状態を確認することが可能になると
いう利点がある。

［適用例２］前記圧電基板の両主面に形成された励振電極の面積が異なる適用例１に記
載の圧電振動素子を特徴とする。

このように構成すれば、両主面に形成した励振電極の位置が多少ずれても、励振電極が
対向する面積は変化しないので特性にばらつきが生じるといったことがない。

［適用例３］前記リード電極のパターン幅は前記パッド電極のパターン幅より極力細く
、且つ、前記リード電極を、水晶基板の長手方向の端部に沿って形成した適用例１又は２
に記載の圧電振動素子を特徴とする。

このように構成すれば、厚みすべり振動のエネルギー漏れを極力、抑制することができ
る。

［適用例４］適用例１又は２に記載の圧電振動素子と、２つの接続電極が形成されたパ
ッケージ基板と、を備え、前記貫通孔の内部に導電性接着剤を充填した状態で、前記２つ
のパッド電極と前記２つの接続電極との間を夫々導電性接着剤により接続した圧電デバイ
スを特徴とする。

このように構成すれば、貫通孔の内部に導電性接着剤を確実に充填することが可能にな
り、貫通孔内に充填された導電性接着剤に流入した導電性接着剤により投錨効果が得られ
るので、接続電極とパッド電極との接着強度の向上を図ることができる。

［適用例５］前記パッド電極が形成された前記圧電基板の下面側に形成した前記励振電
極の面積を、前記圧電基板の上面側に形成した前記励振電極の面積より小さく、且つ、前
記圧電基板の上面側の前記貫通孔上に塗布された前記導電性接着剤の径が、前記圧電基板
の下面側に塗布された前記導電性接着剤の径より小さい適用例３に記載の圧電デバイスを
特徴とする。

このように構成すれば、導電性接着剤が塗布された他方のパッド電極と、励振電極との
間が短絡するのを防止することができる。

［適用例６］適用例３又は４に記載の圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動
素子が接続される接続電極に導電性接着剤を塗布する第１の塗布工程と、前記導電性接着
剤を塗布した前記接続電極に圧電振動素子を搭載する搭載工程と、前記圧電振動素子の貫
通孔に上面側から導電性接着剤を塗布する第２の塗布工程と、前記第１及び第２の塗布工
程後に、前記導電性接着剤を乾燥させる乾燥工程と、を含む圧電デバイスの製造方法を特
徴とする。

このようにすれば、本発明の圧電デバイスを製造することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る圧電振動素子の構成を示した図であり、（ａ）は平面図
、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。
この図１に示す圧電振動素子１は、矩形状の水晶基板２の表裏両主面にそれぞれ励振電
極３、４が形成されている。上面（表面）側の励振電極３は、リード電極５と貫通孔９を
介して裏面側に形成されているパッド電極６と電気的に接続されている。また下面（裏面
）側の励振電極４は、リード電極７を介してパッド電極８と電気的に接続されている。こ
れら励振電極３、４、リード電極５、７、及びパッド電極６、８は、電極材料のスパッタ
リング又は蒸着により水晶基板２の表面に電極膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術
を用いてパターニングすることにより形成することができる。
一方のパッド電極８は、水晶基板２の短手方向の端部近傍に形成されている。また他方
のパッド電極６は、パッド電極８と励振電極４との間に形成されている。つまり、本実施
形態の圧電振動素子１は、２つのパッド電極６、８を結んだ直線の延長戦上に励振電極４
が配置するようにしている。
パッド電極６には導通を有する貫通孔９が形成されており、励振電極３は、水晶基板２
の表面側の励振電極３から延出したリード電極５と貫通孔９とを介して裏面側のパッド電
極６に接続されている。

図２は、図１に示した本実施形態の圧電振動素子を用いて構成した圧電振動子の断面図
である。
この図２に示す圧電振動子１０では、例えばセラミックを積層して凹状に形成したパッ
ケージ基板１１の上部に金属蓋２０が接合されている。またパッケージ基板１１の外部底
面には外部端子１４、１４が設けられている。この外部端子１４、１４はパッケージ基板
１１内の図示しない内部導体を介してパッケージ基板１１の内底面に設けた導通パッド（
接続電極）１２等に接続されている。
導通パッド１２、１２は、導電性接着剤１３を介して圧電振動素子１のパッド電極６、
８と電気的、機械的に接続される。更に、本実施形態では、貫通孔９を形成したパッド電
極６に関しては、圧電振動素子１の上面側にも導電性接着剤１３を塗布するようにしてい
る。
このように構成すると、圧電振動素子１の下面側から貫通孔９内に流入した導電性接着
剤１３と、圧電振動素子１の上面側から貫通孔９内に流入した導電性接着剤１３とが貫通
孔９内で結合して硬化する。これにより、貫通孔９内の導電性接着剤１３が釘或いは楔の
ように働く、投錨効果（アンカー効果）が得られるので、パッケージ基板１１の導通パッ
ド１２とパッド電極６、８との接着強度の向上を図ることができる。
また、従来、一方のパッド電極８と励振電極４との間に他方のパッド電極６を形成した
場合は、他方のパッド電極６の金属膜が邪魔になり、パッド電極６の接続状態を、上方か
らの目視により確認することが困難であったが、本実施形態では、パッド電極６に貫通孔
９を形成したことで、上方からの目視により、導電性接着剤１３の接続状態を確認するこ
とが可能になるという利点がある。

また、本実施形態のように圧電振動素子１の上面側と下面側に導電性接着剤１３を塗布
した場合は、圧電振動素子１の自重などにより、圧電振動素子１の下面側の導電性接着剤
１３の塗布径が、上面側の導電性接着剤１３の塗布径よりも大きくなる。このため、本実
施形態では、圧電振動素子１の下面側に形成する励振電極４の面積を、上面側に形成する
励振電極３の面積より小さくした。これにより、パッド電極６とパッケージ基板１１の導
通パッド１２との間に塗布した導電性接着剤１３と励振電極４との間の間隔を拡げてパッ
ド電極６と励振電極４とが短絡するのを防止することができる。もちろん上面側の導電性
接着剤の径より下面側の導電性接着剤の径が小さい場合、下面側に形成した励振電極の面
積より、上面側に形成した励振電極の面積を小さくした場合も同じ効果が得られる。
また、本実施形態のように圧電振動素子１の両主面にそれぞれ形成した励振電極３、４
の面積を変えておくことで、例えば、励振電極３、４を形成する際に、励振電極３、４の
位置が多少ずれても、励振電極３、４が対向する面積は変化しないので特性にばらつきが
生じることがないという利点もある。
また、本実施形態の圧電振動素子１は、結晶Ｘ軸方向については、厚みすべり振動のエ
ネルギー漏れが生じ易いので、励振電極３、４から延出したリード電極５、７のパターン
幅を極力細く、且つ、リード電極５、７を、水晶基板２の長手方向の端部に沿って形成し
たことで、厚みすべり振動のエネルギー漏れを極力、抑制することができる。
なお、本実施形態では、圧電振動素子１の一方のパッド電極６にのみ貫通孔９を形成し
た場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、２つのパッド電極６、８
の両方に貫通孔９を形成してもよい。但し、２つのパッド電極６、８に貫通孔９を形成し
た場合は、水晶基板２の強度を確保するためにパッド電極６、８の間隔を開ける必要があ
るので、圧電振動素子１の小型化という観点からすれば、一方のパッド電極６にのみ貫通
孔９を形成するほうが好ましい。

図３は、本実施の形態に係る圧電振動素子の他の構成を示した図である。なお、図１と
同一部位には同一符号を付して詳細な説明は省略する。この図３に示す圧電振動素子１は
、励振電極３とパッド電極６とを接続するリード電極５を励振電極３の中央から引き出す
ように構成したものである。このように構成した場合も図１と同様の効果が得られる。但
し、厚みすべり振動エネルギーの閉じ込めという観点からすれば、図１に示した構成のほ
うが好ましい。

図４は、第２の実施形態に係る圧電振動素子の構成を示した図であり、（ａ）は平面図
、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。なお、図１と同一部位には同一符号を付し
て詳細な説明は省略する。
この図４に示す圧電振動素子１は、振動周波数の高周波化を図るために、超肉薄部を有
する所謂逆メサ型の圧電振動素子である。つまり、水晶基板２の一方の主面をエッチング
によって凹陥部３１を形成し、この凹陥部３１の底面を超薄肉の振動部３１ａとした構成
を有する。つまり、この水晶基板２は、凹陥部３１の底面を超肉薄の振動部３１ａとする
と共に、振動部３１ａの外周を全周に亙って肉厚の環状囲繞部３２により一体的に支持し
た構成となっている。そして、この振動部３１ａに励振電極４を形成するようにしている
。このように構成した場合も、図１と同様の効果が得られる。また、高周波化を図ること
ができるという利点がある。
なお、本実施形態では、本発明の圧電振動素子の一例として、水晶振動素子を例に挙げ
て説明したが、これはあくまでも一例であり、水晶基板以外の圧電基板にも適用可能であ
る。
また、本実施形態では、本発明の圧電振動素子を適用した圧電デバイスの一例として圧
電振動子を例に挙げて説明したが、本発明の圧電振動素子は、ＭＣＦ（Monolithic Cryst
al Filters）、圧電発振器、圧電モジュール等の各種圧電デバイスにも適用可能である。
また、本実施形態では、凹所を有するパッケージ基板１１の上面に平板状の金属蓋２０
を接合して圧電振動素子１を気密封止するようにしているが、パッケージ基板１１の構造
はあくまでも一例であり、例えばフラットなパッケージ基板（絶縁基板）の上面に導通パ
ッド１２、１２を設け、この導通パッド１２、１２上に圧電振動素子１を搭載したうえで
、逆椀状（逆凹状）の金属蓋を接合して気密封止する場合にも適用可能である。
また、本実施形態では、貫通穴９の上面側と下面側ともパッド電極６を形成しているが
、これはあくまでも一例であり、励振電極３をリード電極５と貫通穴９を介して導通パッ
ド１２と導通を取れれば、励振電極３と同一面側に設けられたパッド電極６を省略し、励
振電極４と同一面側のパッド電極６のみを設けてもいい。更に、水晶基板２の両面に設け
たパッド電極６を省略することも可能であるが、励振電極３と導通パッド１２との導通を
よくするためには、少なくとも水晶基板２の下面側のパッド電極６は設けたほうが好まし
い。

図５は、本実施形態に係る圧電振動素子を用いた圧電振動子の製造工程を示した図であ
る。
この場合は、先ず、第１の塗布工程として、パッケージ基板１１の導通パッド１２、１
２上に導電性接着剤１３を塗布する（Ｓ１）。次に、搭載工程として、導電性接着剤１３
を塗布した導通パッド１２、１２上に水晶基板２を搭載する（Ｓ２）。次いで、第２の塗
布工程として、貫通孔９が形成されている水晶基板２のパッド電極６の上側から導電性接
着剤１３を塗布する（Ｓ３）。この後、乾燥工程として、導電性接着剤１３を乾燥させる
（Ｓ４）。
このような製造工程によれば、水晶基板２の下側に塗布した導電性接着剤１３と、上側
に塗布した導電性接着剤１３を乾燥工程において同時に乾燥させることができるので、水
晶基板２の下面側から貫通孔９内に流入した導電性接着剤１３と上面側から貫通孔９内に
流入した導電性接着剤１３とが貫通孔９内で確実に結合させることができる。

図６は、図５に示した本実施形態の製造工程との比較として、従来の製造工程を利用し
て本実施形態の圧電振動子を製造する場合の製造工程を示した図である。
この場合は、先ず、第１の塗布工程として、パッケージ基板１１の導通パッド１２、１
２上に導電性接着剤１３を塗布する（Ｓ１）。次に、搭載工程として、導電性接着剤１３
を塗布した導通パッド１２、１２上に水晶基板２を搭載する（Ｓ２）。次いで、第１の乾
燥工程として、導電性接着剤１３を乾燥させる（Ｓ４）。
次に、第２の塗布工程として、貫通孔９が形成されている水晶基板２のパッド電極６の
上側から導電性接着剤１３を塗布する（Ｓ４）。この後、第２の乾燥工程として、導電性
接着剤１３を乾燥させることになる（Ｓ５）。
この場合は、第１及び第２の乾燥工程において、水晶基板２の下側に塗布した導電性接
着剤１３と、水晶基板２の上側に塗布した導電性接着剤１３とを別々に乾燥させるように
しているので、貫通孔９内において導電性接着剤１３を確実に接続できないおそれがある
ため、上記図５に示した本実施形態の製造工程のほうが好ましい。

本発明の実施形態に係る圧電振動素子の構成を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。 本実施形態の圧電振動素子を適用した圧電振動子の断面図である。 本実施の形態にかかる圧電振動素子の他の構成を示した図である。 第２の実施形態にかかる圧電振動素子の構成を示した図である。 本実施形態に係る圧電振動素子を用いた圧電振動子の製造工程を示した図である。 従来の製造工程を利用して本実施形態の圧電振動子を製造する場合の製造工程を示した図である。 従来のＡＴカット水晶振動素子の斜視図である。

符号の説明

１…圧電振動素子、２…水晶基板、３、４…励振電極、５、７…リード電極、６、８…パ
ッド電極、９…貫通孔、１０…圧電振動子、１１…パッケージ基板、１２…導通パッド、
１３…導電性接着剤、１４…外部端子、２０…金属蓋、３１…凹陥部、３１ａ…振動部、
３２…環状囲繞部

Claims (6)

1. 圧電基板と、該圧電基板の両主面に形成された励振電極と、前記圧電基板の片面側に形
   成された２つのパッド電極とを備え、前記２つのパッド電極を結んだ直線の延長線上に前
   記励振電極が配置され、前記２つのパッド電極のうち、前記励振電極に近い位置に設けら
   れたパット電極に前記貫通孔を設け、該パッド電極を前記貫通孔とリード電極を介して前
   記一方の励振電極に接続し、前記他方のパッド電極をリード電極を介して前記他方の励振
   電極に接続したことを特徴とする圧電振動素子。
2. 前記圧電基板の両主面に形成された励振電極の面積が異なることを特徴とする請求項１
   に記載の圧電振動素子。
3. 前記リード電極のパターン幅は前記パッド電極のパターン幅より極力細く、且つ、前記
   リード電極を、水晶基板の長手方向の端部に沿って形成したことを特徴とする請求項１又
   は２に記載の圧電振動素子。
4. 請求項１又は２に記載の圧電振動素子と、２つの接続電極が形成されたパッケージ基板
   と、を備え、前記貫通孔の内部に導電性接着剤を充填した状態で、前記２つのパッド電極
   と前記２つの接続電極との間を夫々導電性接着剤により接続したことを特徴とする圧電デ
   バイス。
5. 前記パッド電極が形成された前記圧電基板の下面側に形成した前記励振電極の面積を、
   前記圧電基板の上面側に形成した前記励振電極の面積より小さく、且つ、前記圧電基板の
   上面側の前記貫通孔上に塗布された前記導電性接着剤の径が、前記圧電基板の下面側に塗
   布された前記導電性接着剤の径より小さいことを特徴する請求項４に記載の圧電デバイス
   。
6. 請求項４又は５に記載の圧電デバイスの製造方法であって、
   前記圧電振動素子が接続される接続電極に導電性接着剤を塗布する第１の塗布工程と、
   前記導電性接着剤を塗布した前記接続電極に圧電振動素子を搭載する搭載工程と、
   前記圧電振動素子の貫通孔に上面側から導電性接着剤を塗布する第２の塗布工程と、
   前記第１及び第２の塗布工程後に、前記導電性接着剤を乾燥させる乾燥工程と、
   を含むことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。

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