JP2010103950A - 振動子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型化、及び耐衝撃性の向上を実現する振動子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の振動子(圧電振動子10)は、基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、パッケージ40に接続し、固定用腕を支持する第1の支持部材70aと、パッケージ40に積層される蓋体60に接続し、固定用腕を支持する第2の支持部材70bと、を備え、第1及び第2の支持部材70a,70bは、いずれか一方が導電性接着剤であり、振動片が、第1及び第2の支持部材70a,70bを介してパッケージ40及び蓋体60に挟持されて、支持されていることを特徴としている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の振動子(圧電振動子10)は、基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、パッケージ40に接続し、固定用腕を支持する第1の支持部材70aと、パッケージ40に積層される蓋体60に接続し、固定用腕を支持する第2の支持部材70bと、を備え、第1及び第2の支持部材70a,70bは、いずれか一方が導電性接着剤であり、振動片が、第1及び第2の支持部材70a,70bを介してパッケージ40及び蓋体60に挟持されて、支持されていることを特徴としている。
【選択図】図1
Description
本発明は、通信機器等に利用される振動子及びその製造方法に関する。
電子機器の小型化および薄型化に伴い、表面実装型の振動子の小型化、薄型化が要求されている。特許文献1に示すような圧電デバイスを構成する圧電振動片はパッケージ内において長手方向の固定端側をマウント電極で固定し、自由端側をフリーにした片持ち支持構造を採用している。これによりマウント電極からの通電を確保しつつマウント電極からの応力を緩和し圧電振動片の実装面積を減らしてデバイス全体の小型化を図っている。
また特許文献2に示すようにパッケージ内部に圧電振動片を収容した構成の圧電デバイスに、圧電振動片のパッケージに対する接合強度の向上や、接合による振動性能への悪影響を防止するため、接合支持するための固定用腕を供えた圧電振動片をパッケージに収容した圧電デバイスが開示されている。
特許第3982441号
特開2006−203458号公報
しかし、特許文献1に示すような圧電振動片は、圧電デバイスの落下衝撃時に、圧電振動片の自由端がパッケージ内面に接触し圧電デバイスの特性に悪影響を及ぼす虞があった。なお、この問題は圧電振動片が収容されているパッケージが小型であると、圧電振動片とパッケージの内面との間のクリアランスが十分に確保できず、顕著になりやすい。また落下衝撃時に接着剤により固定されている圧電振動片の固定状態が変化して圧電振動片の電気的特性である内部抵抗や容量に変化が生じ、結果として圧電振動片の共振周波数が所望の共振周波数からずれてしまうという問題があった。さらに片持ち支持構造の場合、圧電振動片をベース基板に対して平行に搭載することが困難であるという問題があった。
また特許文献2に示す圧電デバイスも、振動片をパッケージに接合する際の強度を向上させるために固定用腕を設け、この固定用腕により圧電振動片をベース基板に対して平行に搭載させることができる。しかし、パッケージのさらなる薄型化を考慮したとき、圧電振動片と蓋体が接触して所望の共振周波数からずれてしまうという問題があった。
そこで本発明は、上記問題点に注目し、薄型化、及び耐衝撃性の向上を実現する振動子およびその製造方法を提供することを目的とする。
そこで本発明は、上記問題点に注目し、薄型化、及び耐衝撃性の向上を実現する振動子およびその製造方法を提供することを目的とする。
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、以下の適用例として実現することが可能である。
〔適用例1〕基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、前記パッケージに接続し、前記固定用腕を支持する第1の支持部材と、前記パッケージに積層される蓋体に接続し、前記固定用腕を支持する第2の支持部材と、を備え、前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージ及び前記蓋体に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。
〔適用例1〕基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、前記パッケージに接続し、前記固定用腕を支持する第1の支持部材と、前記パッケージに積層される蓋体に接続し、前記固定用腕を支持する第2の支持部材と、を備え、前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージ及び前記蓋体に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。
これにより、振動腕を挟む一対の固定用腕を備えた振動片のパッケージに対する機械的固定が、支持部材を介してパッケージ及び蓋体により挟持されて行われているため、落下衝撃時の振動片のブレを抑制し、振動片のパッケージの内面との接触を防止することができる。また落下衝撃に伴いパッケージに対する振動片の固定状態が変化してしまうことを防止して、落下衝撃時の振動片の周波数変動を防止することができる。また振動片を蓋体又はベース基板と平行に保持することができ、薄型化が容易となる。
〔適用例2〕基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記振動腕の間の前記基部から前記振動腕に沿って平行に延びる固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、前記パッケージに接続し、前記固定用腕を支持する第1の支持部材と、前記パッケージに積層される蓋体に接続し、前記固定用腕を指示する第2の支持部材と、を備え、前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージ及び前記蓋体に挟持されて、支持されていることを特徴とする圧電振動子。
これにより振動腕に挟まれた固定用腕を備えた振動片のパッケージに対する機械的固定が、支持部材を介してパッケージ及び蓋体により挟持されて行われているため、落下衝撃時の振動片のブレを抑制し、振動片のパッケージの内面との接触を防止することができる。また落下衝撃に伴いパッケージに対する振動片の固定状態が変化してしまうことを防止して、落下衝撃時の振動片の周波数変動を防止することができる。また振動片を蓋体又はベース基板と平行に保持することができ、薄型化が容易となる。
〔適用例3〕基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有する振動片と、封止材よりも大きな口径を有する第1の封止孔を備え、前記振動片をマウントする第1の基板と、前記振動片を収容するキャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第1の封止孔と重なる位置に設けられた前記封止材よりも小さな口径を有する第2の封止孔とを備え、前記第1の基板に積層される第2の基板と、前記枠部の上面に枠状配設され、前記開口部及び前記第2の封止孔を内側に配置するロウ材を介して前記第2の基板に積層される蓋体と、前記第1の封止孔内壁面及び前記第1の封止孔と前記第2の封止孔との段差部に固着した封止材と、前記固定用腕を上下面から支持する第1及び第2の支持部材と、を備え、前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記蓋体と前記第1の基板の互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。
これにより振動腕を挟む一対の固定用腕を備えた振動片のパッケージに対する機械的固定が、支持部材を介してパッケージ及び蓋体により挟持されて行われているため、落下衝撃時の振動片のブレを抑制し、振動片のパッケージの内面との接触を防止することができる。また振動片を蓋体又はベース基板と平行に保持することができ、薄型化が容易となる。さらに振動片を収容するキャビティ内に封止材の蒸散粒子が混入・飛散することが無く、当該蒸散粒子が振動片の励振電極等に付着することによる悪影響も無い。
〔適用例4〕基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記振動腕の間の前記基部から前記振動腕に沿って平行に延びる固定用腕と、を有する振動片と、封止材よりも大きな口径を有する第1の封止孔を備え、前記振動片をマウントする第1の基板と、前記振動片を収容するキャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第1の封止孔と重なる位置に設けられた前記封止材よりも小さな口径を有する第2の封止孔とを備え、前記第1の基板に積層される第2の基板と、前記枠部の上面に枠状配設され、前記開口部及び前記第2の封止孔を内側に配置するロウ材を介して前記第2の基板に積層される蓋体と、前記第1の封止孔内壁面及び前記第1の封止孔と前記第2の封止孔との段差部に固着した封止材と、前記固定用腕を上下面から支持する第1及び第2の支持部材と、を備え、前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記蓋体と前記第1の基板の互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。
これにより振動腕に挟まれた固定用腕を備えた振動片のパッケージに対する機械的固定が、固定用腕の両面とパッケージの内面との間で行われる。このため、振動片を蓋体又は第1の基板と平行に保持することができ、薄型化が容易となる。また振動片を収容するキャビティ内に封止材の蒸散粒子が混入・飛散することを防止でき、当該蒸散粒子が振動片の励振電極等に付着することによる悪影響もない。
〔適用例5〕前記第2の支持部材は、上面が硬化した後、前記蓋体に接触させていることを特徴とする適用例1ないし適用例4のいずれか1に記載の振動子。
これにより第2の支持部材が硬化した後、振動片に傾きが生じている場合であっても、蓋対をパッケージに搭載する際の第2の支持部材と蓋体の接触によって、振動片の偏りによるバラツキを吸収して振動片を平行に調整することができる。また落下衝撃時の振動片のブレを抑制し、振動片のパッケージ内面との接触を防止することができる。
〔適用例6〕パッケージのベース基板に第1の支持部材を塗布して振動片の固定用腕をマウントし、前記振動片の共振周波数を調整し、前記固定用腕の上面に第2の支持部材を塗布し、前記第2の支持部材を硬化させた後、蓋体を前記パッケージに接合し、前記振動片が前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージの互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子の製造方法。
これにより第2の支持部材が硬化した後、振動片に傾きが生じている場合であっても、蓋対をパッケージに搭載する際の第2の支持部材と蓋体の接触によって、振動片の偏りによるバラツキを吸収して振動片を平行に調整することができる。また落下衝撃時の振動片のブレを抑制し、振動片のパッケージ内面との接触を防止することができる。
〔適用例6〕パッケージのベース基板に第1の支持部材を塗布して振動片の固定用腕をマウントし、前記振動片の共振周波数を調整し、前記固定用腕の上面に第2の支持部材を塗布し、前記第2の支持部材を硬化させた後、蓋体を前記パッケージに接合し、前記振動片が前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージの互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子の製造方法。
これにより、第2の支持部材が硬化した後、振動片に傾きが生じている場合であっても、蓋対をパッケージに搭載する際の第2の支持部材と蓋体の接触によって、振動片の偏りによるバラツキを吸収して振動片を平行に調整することができる。よって振動片をリッド又はベース基板と平行に保持することができ、薄型化が容易となる。また振動腕を挟む一対の固定用腕を備えた振動片のパッケージに対する機械的固定が、支持部材を介してパッケージ及び蓋体により挟持されて行われているため、落下衝撃時の振動片のブレを抑制し、振動片のパッケージの内面との接触を防止することができる。また落下衝撃に伴いパッケージに対する振動片の固定状態が変化してしまうことを防止して、落下衝撃時の振動片の周波数変動を防止することができる。
〔適用例7〕
前記第2の支持部材を塗布した後、前記蓋体をパッケージに搭載して接合し、前記第2の支持部材を前記蓋体に固着させたことを特徴とする適用例6に記載の振動子の製造方法。
これにより第2の支持部材の硬化を蓋体とパッケージの接合時に行うことができ、第2の支持部材のみ硬化させる製造工程を一部省略することができる。
前記第2の支持部材を塗布した後、前記蓋体をパッケージに搭載して接合し、前記第2の支持部材を前記蓋体に固着させたことを特徴とする適用例6に記載の振動子の製造方法。
これにより第2の支持部材の硬化を蓋体とパッケージの接合時に行うことができ、第2の支持部材のみ硬化させる製造工程を一部省略することができる。
以下、本発明に係る振動子及びその製造方法の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では振動子に一例として圧電振動子を用いた場合について説明する。
図1は第1実施形態に係る振動子の構成概略を示す図である。同図(1)は蓋体60を外した平面図を示し、(2)は(1)に蓋体60を付けたA−A断面図を示し、(3)は底面図を示し、(4)は(1)の圧電振動片を除いたパッケージの平面図を示している。図示のように圧電振動子10は、圧電振動片20と、それを収容するためのキャビティを有するパッケージ40と、キャビティの上部開口部を封止する蓋体60と、支持部材70とを主な構成要件としている。
圧電振動片20としては、圧電効果を奏する部材、例えば水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、及び圧電セラミックス等に電極パターンを形成して励振可能としたものであれば、その形態も種々選択可能である。ここで本実施形態では、部材を周波数−温度特性に優れた水晶とし、以下のような形態の圧電振動片を採用している。すなわち、一対の振動腕21と、この振動腕21を支える基部22、及び振動腕21と基部22とを支持する一対の固定用腕23とを有する。ここで固定用腕23は、支持状態の安定性を確保するために、基部22から振動腕21と反対方向へ延設されたくびれ部24を介し、基部22の側方両側へ延設される。基部22の側方へ延設された固定用腕23はさらに、振動腕21の延設方向へと延設され、その端部を圧電振動片の長手方向中心付近に位置させている。このような形態とすることで、支持部を圧電振動片の長手方向中心付近に置くことができるため、その実装状態を安定させることができ、圧電振動片の実装状態での水平位置を確保しやすくなる。また、励振部である振動腕21から固定部である固定用腕23の先端までの距離を長くすることで、振動漏れを防止することができる。さらに、基部22と固定用腕23との間にくびれ部24を介在させたことにより、振動漏れ防止の効果を高めることができる。
振動腕21には、その断面において対向する面に同電位の電圧が印加されるように励振電極25,26が形成されている。なお励振電極25,26は、図1中逆向きの斜線で示すように、対を成す2つの振動腕21において互いに対応する面には、異なる極性の電位の電圧が印加されるように配線されている。固定用腕23には、励振電極25,26に対する電力の供給を行うための入出力電極27,28が形成されており、基部等に形成された引出し電極29a,29bを介して励振電極25,26と電気的に接続されている。
本実施形態に係るパッケージ40は、2つの基板(第1の基板42と第2の基板44)から構成される。第1の基板42、第2の基板44共に、構成部材としてアルミナや窒化アルミ等を原材料としたセラミックス基板とすれば良く、パッケージ40はこれらの基板を積層させて焼結することで形成される。
第1の基板42は、パッケージ40の底板を構成し、一方の主面にはマウント電極46、他方の主面には外部実装用電極48が形成されている。図1(3)に示す4つの外部実装用電極48は、2つが能動電極(HOT電極)48aであり、残る2つが接地電極(GND電極)48bとして設定されている。そしてマウント電極46はそれぞれ、第2の基板44との接合部に引き回された金属パターン50、及び図示しないスルーホールを介して、HOT電極として設定された外部実装用電極48と電気的に接続されている。また外部実装用電極48は、図示しない実装機器側の電極と接続されてパッケージ内の圧電振動片20を発振させる発振回路と接続するものである。
第2の基板44には、キャビティを構成するための開口部52が形成されている。開口部52は、圧電振動片20の形状に合わせて形成されている。開口部52の枠部の上端面には、ロウ材の濡れ性が良いメタライズ85が設けられている。
蓋体60は、平板状の部材であれば良く、パッケージ40を構成する部材と熱膨張率の近い金属(例えばコバール等)や、ガラス(例えばソーダガラス)等により構成すれば良い。蓋体60に金属を用いた場合には、耐久性が高く、パッケージ内部の配線によっては、蓋体60を外部電極として利用することも可能となる。また、蓋体60にガラスを用いた場合には、透光性を有する主面からレーザやイオンビームによる電極のトリミングが可能となり、パッケージ40に蓋体60を接合した後に周波数調整を行うことが可能となる。またメタライズ85を設けなくても良い。
前記メタライズ85上に設けるロウ材は、蓋体60とパッケージ40とを接合するために用いられる接合材である。ロウ材としては、低融点の合金や低融点のガラス等が用いられる。ロウ材は開口部52の周囲のメタライズ85上に略矩形状に施される。
支持部材70は、導電性シリコンなどの導電材、又はエポキシ樹脂等の一定の強度と弾性を有する非導電性の接着剤等から形成される。支持部材70は、一定の強度を有することにより、圧電振動片20の支持を確実に行うことができるとともに、一定の弾性を有することによりパッケージ40外部からの衝撃が、支持部材70を通じて圧電振動片20に及ぶことを防止することができる。支持部材70は圧電振動片20の固定用腕23の上下面(両面)に設けられるが、第1の基板42上に固定される方を第1の支持部材70aとし、蓋体60に固定される方を第2の支持部材70bとする。また第1及び第2の支持部材70a,70bは、圧電振動片20をパッケージ40に当接させず、浮かせた状態で支持するため、所定の高さを有するように設けている。
次に、上記構成による圧電振動子の製造方法について以下説明する。
パッケージ40の第1の基板42上の圧電振動片20の固定位置となる2つのマウント電極46上に第1の支持部材70aを所定の高さまで塗布する。このとき第1の支持部材70aの塗布は、圧電振動片20の固定を安定化させるために、多点、線状など塗布面積を広く確保するのが望ましい。
パッケージ40の第1の基板42上の圧電振動片20の固定位置となる2つのマウント電極46上に第1の支持部材70aを所定の高さまで塗布する。このとき第1の支持部材70aの塗布は、圧電振動片20の固定を安定化させるために、多点、線状など塗布面積を広く確保するのが望ましい。
そして第1の支持部材70a上に圧電振動片20の固定用腕23を接着し、圧電振動片20を第1の基板42の上面と平行を維持したまま第1の支持部材70aを硬化温度まで加熱し硬化させて圧電振動片20を固定する。
第1の支持部材70aが固着した後、圧電振動片20は外部実装用電極48と電気的に接続されており、圧電振動片20を図示しない発振回路に接続して発振させることができる。そこでレーザ光やイオンビームなどを圧電振動片20の重り部に照射して重り部の一部を剥ぎ取ることにより共振周波数の調整を行う。なお前記重り部は励振電極25,26を引き回した構成にしても良いが、励振電極25,26と分離していても良い。
次に圧電振動片20の固定用腕23の上面に第2の支持部材70bを所定の高さまで塗布する。このとき第2の支持部材70bの高さは、第2の基板44の高さよりもやや高くなるように塗布している。また第1の支持部材70aと同様に多点、線状など塗布面積を広くとるのが望ましい。そして第2の支持部材70bを硬化温度まで加熱し硬化させる。これにより第1の支持部材70aと第2の支持部材70bは固定用腕23を挟んで一直線上に並んで固定される。
第2の支持部材70bが硬化した後、蓋体60とパッケージ40を接合させる。まず蓋体60を第2の基板44のメタライズ85上にロウ材を介して積層させると、第2の支持部材70bの上面と蓋体60の下面が当接する。これにより第2の支持部材70bが硬化した後、圧電振動片20に傾きが生じている場合であっても、蓋体60をパッケージ40に搭載する際の第2の支持部材70bと蓋体60の接触によって、圧電振動片20の偏りによるバラツキを吸収して圧電振動片20が平行となるように調整することができる。そして接合温度まで加熱して蓋体60をパッケージ40に接合させる。このとき蓋体60と第2の支持部材70bは、支持部材が蓋体60に固着することなく、接触状態を維持している。
これにより圧電振動片20の固定用腕23は、第1の基板42上の第1の支持部材70aと、蓋体60の下面の第2の支持部材70bにより上下面(両面)から挟持されて支持されることになる。そしてパッケージ40は内部を真空状態に維持して、図示しない封止孔を封止することにより圧電振動子10が形成される。
なお第2の支持部材70bを塗布した後、前記蓋体60をパッケージ40に搭載して接合し、第2の支持部材70bを前記蓋体60に固着させても良い。すなわち第2の支持部材70bを固定用腕23の上面に塗布した後、第2の基板44に蓋体60を封止し、2段階で加熱する。まず第2の支持部材70bの硬化温度まで加熱する。ついで蓋体60とパッケージ40が接合温度まで加熱し接合する。これにより第2の支持部材70bの硬化を蓋体60とパッケージ40の接合と同時に行うことができ、第2の支持部材70bのみ硬化させる製造工程を省略することができる。
本実施形態では第1の支持部材70aに導電性接着剤を、第2の支持部材70bに非導電性接着剤を用い、いずれか一方に導電性接着剤を用いている。なお支持部材の硬化による伸縮率又は膨張率を考慮して、第1及び第2の支持部材をいずれも同質となる導電性接着剤を用いてもよい。
このような第1実施形態の圧電振動子10によれば、振動腕21を挟む一対の固定用腕23を備えた圧電振動片20のパッケージ40に対する機械的固定が、固定用腕23の両面とパッケージ40の内面との間で行われる。このため、圧電振動片20を蓋体60又は第1の基板42と平行に保持することができ、薄型化が容易となる。また落下衝撃時の圧電振動片20のブレを抑制し、圧電振動片20とパッケージ40の内面とが接触することを防止することができる。同様に蓋体60とパッケージ40とが接触することを防止することができる。したがって、圧電振動子20の小型化を実現しつつ、圧電振動片20のパッケージ40に対する実装強度を向上させることができる。
図2は第2実施形態に係る圧電振動子の構成概略を示す図である。同図(1)は蓋体60を外した平面図を示し、(2)は(1)に蓋体60を付けたB−B断面図を示し、(3)は(1)の圧電振動片を除いたパッケージの平面図を示し、(4)は第2実施形態の圧電振動片の底面図を示している。
第2実施形態に係る圧電振動子10Aは、第1実施形態の圧電振動片10と同質の材質を採用し、一対の振動腕202と、この振動腕202を支える基部204と、一対の振動腕202の間から当該振動腕202に沿って平行に延びる固定用腕206とを有している。
ここで固定用腕206は、基部204とくびれ部228を介して一対の振動腕202の間を長手方向に沿って中心付近まで延設されている。このような形態とすることで、支持部を圧電振動片の長手方向中心付近に置くことができるため、その実装状態を安定させることができ、圧電振動片の実装状態での水平位置を確保しやすくなる。また、基部204と固定用腕206との間にくびれ部228を介在させたことにより、振動漏れ防止の効果を高めることができる。
振動腕202には、その断面において対向する面に同電位の電圧が印加されるように励振電極208,210が形成されている。なお励振電極208,210は、図2中逆向きの斜線で示すように、対を成す2つの振動腕202において互いに対応する面には、異なる極性の電位の電圧が印加されるように配線されている。固定用腕206には、励振電極208,210に対する電力の供給を行うための入出力電極216,218が形成されており、基部204等に形成された引出し電極212,214を介して励振電極208,210と電気的に接続されている。また2本の振動腕202の端部には、それぞれ重り部224,226を形成している。重り部224,226は、振動腕202よりも幅広の矩形状に形成している。重り部224,226を形成することにより、圧電振動片の特性を変化させることなく、振動腕202の全長を短くすることができる。
さらに振動腕202には、表裏面にそれぞれ2個の長溝230a,230b,230c,230dを形成している。長溝230の内面の励振電極と、それに対向する側面電極との間に電界を形成することで、電界効率を高めることができる。
パッケージ40aは、第1実施形態のパッケージ40と同様の構成であるが、マウント電極46a及び金属パターン50aの位置が異なる。図2(3)に示すようにマウント電極46aは、圧電振動片200の固定用腕206の入出力電極216,218と対向する位置に設けている。金属パターン50aについてもマウント電極46aから図示しないスルーホールを介して、HOT電極として設定された外部実装用電極と電気的に接続するように引き回されている。
その他の構成は 第1実施形態に係る圧電振動子10と同一であり、その詳細な説明を省略する。上記構成による第2実施形態の圧電振動子10Aは、第1実施形態の圧電振動子10の製造方法と同様に製造することができる。
このような第2実施形態に係る圧電振動子10Aによれば、振動腕202に挟まれた固定用腕206を備えた圧電振動片200のパッケージ40aに対する機械的固定が、固定用腕206の両面とパッケージ40aの内面との間で行われるため、落下衝撃時の圧電振動片200のブレを抑制し、圧電振動片200とパッケージ40aの内面とが接触することを防止することができる。同様に蓋体60とパッケージ40aとが接触することを防止することができる。したがって、圧電振動子の小型化を実現しつつ、圧電振動片のパッケージに対する実装強度を向上させることができる。
次に第3実施形態に係る圧電振動子10Bについて説明する。図3は蓋体を除いた第3実施形態に係る圧電振動子の構成を示す図であり、(1)は蓋体60を除いた平面、(2)は(1)におけるC−C断面をそれぞれ示す図である。また、図4は第3実施形態のパッケージの構成を示す図であり、(1)は蓋体60を除いた平面、(2)は(1)に蓋体60を付けたD−D断面、(3)は(1)に蓋体60を付けたE−E断面、(4)は底面をそれぞれ示す図である。図5は第1の封止孔に金属ボールを載置したときの拡大図である。図6は図4(2)のF部の部分拡大図である。
第3実施形態に係る圧電振動子10Bの圧電振動片は第1実施形態と同様の圧電振動片20であり詳細な説明を省略する。
第3実施形態に係る圧電振動子10Bの圧電振動片は第1実施形態と同様の圧電振動片20であり詳細な説明を省略する。
パッケージ40bは、第1実施形態のパッケージ40と基本構成は同一であり、以下異なる構成について説明する。
第1の基板42bには、GND電極として設定された外部実装用電極48の1つに、第1の封止孔80が形成されている。第1の封止孔80は第1の基板42bを貫通する孔であり、その口径は、封止に用いる金属ボール96(ハンダボール)の直径よりも大きく設定されている。第1の封止孔80の内壁面には、図5に示すように金属被膜(メタライズ)82が形成されている。第1の封止孔80の内壁面にメタライズ82を施すことにより、封止材(例えばハンダ)に対する濡れ性を向上させることができ、密着性、すなわちパッケージ40bの気密信頼性を向上させることができる。なお、第1の封止孔80における内壁面のメタライズ82は、第1の基板42bを製造する際、外部実装用電極48の形成と同時にスクリーン印刷し、一方の主面側からの吸引により内壁面への引込みを行うことで形成することができる。
第1の基板42bには、GND電極として設定された外部実装用電極48の1つに、第1の封止孔80が形成されている。第1の封止孔80は第1の基板42bを貫通する孔であり、その口径は、封止に用いる金属ボール96(ハンダボール)の直径よりも大きく設定されている。第1の封止孔80の内壁面には、図5に示すように金属被膜(メタライズ)82が形成されている。第1の封止孔80の内壁面にメタライズ82を施すことにより、封止材(例えばハンダ)に対する濡れ性を向上させることができ、密着性、すなわちパッケージ40bの気密信頼性を向上させることができる。なお、第1の封止孔80における内壁面のメタライズ82は、第1の基板42bを製造する際、外部実装用電極48の形成と同時にスクリーン印刷し、一方の主面側からの吸引により内壁面への引込みを行うことで形成することができる。
第2の基板44bには、キャビティを構成するための開口部52bが形成され、側壁となる枠部の上端面には、ロウ材の濡れ性が良い枠状の第1のメタライズ85が形成されている。さらに第2のメタライズ81が第1のメタライズ85を形成した接合領域に長辺部分と、短辺部分にそれぞれ浮島状に形成されている。開口部52bは、圧電振動片20の形状に合わせて形成されており、基板の長手方向に沿って、幅の広い幅広部90と、幅の狭い幅狭部92とを連接させて形成され、幅広部90に基部22と固定用腕23及び振動腕21の基端側を収容し、幅狭部92に振動腕21の先端側を収容可能とされている。このように、開口部52bの幅に差を持たせたために、側壁を構成する枠部には張り出し部94が形成されることとなる。
本実施形態では、第2の基板44bの枠部における張り出し部94に、第2の封止孔84を形成している。第2の封止孔84は第2の基板44bを貫通する孔であり、その口径は、上述した金属ボール96の直径よりも小さく設定されており、その形成位置は中心が、第1の基板42bに形成した第1の封止孔80の中心と一致する位置とすることが望ましく、少なくともその一部を重複させる位置とする。第1の封止孔80と第2の封止孔84とをこのような位置関係で形成することで、第1の封止孔80と第2の封止孔84を介してキャビティの真空引きを行うことが可能となるからである。
図5に示すように第2の封止孔84の口径を金属ボール96の直径よりも小さくすることで、第1の封止孔80に収容した金属ボール96を支持することができるようになる。このため、第2の基板44bの厚み分だけ、金属ボール96とキャビティとの距離を離すことが可能となる。よって、金属ボール96を溶融させた際に生ずる蒸散粒子がキャビティ内へ浸入することを抑制することができる。また、第2の封止孔84を第1の封止孔80に比べて小径とすることで、枠状部材となる第2の基板44bの強度を高めることも可能となる。なお、第1の基板42bと対向する側の面であって、第2の封止孔84の周囲には、スクリーン印刷等によって形成されたメタライズ83が形成されている。当該部分にメタライズ83を形成することで、第1の封止孔80と第2の封止孔84との段差部分にメタライズが現れることとなる。よって、当該部分の封止材に対する濡れ性を高めることができる。このため、封止孔による封止面積(距離)を増やすことができ、圧電振動子の気密信頼性を向上させることができる。
第1のメタライズ85は、前述のように開口部52bの周囲に略矩形状に施されるため、張り出し部94は第1のメタライズ85上に設けたロウ材による囲繞領域の内側に位置することとなる。また、開口部52b及び第2の封止孔84についてもロウ材による囲繞領域の内側に配置することになる。さらに、第2のメタライズ81は、ロウ材を施した接合領域の長辺部分と短辺部分にそれぞれ形成されている。ロウ材はそれ自体に微小な厚みを有することとなるため、ロウ材が施されていない張り出し部94と蓋体60との間には、微小な隙間が形成されることとなるが、ロウ材の溶融度合い等によってはその隙間のあき具合に誤差が生ずる場合がある。張り出し部94と蓋体60との隙間は、第2の封止孔84を介した真空引きの気道として用いられるため、当該隙間が狭まった場合には真空引きに要する時間が長時間化することとなる。また、蓋体60と第2の基板44bとの気密信頼性を高めることができる。
このため本実施形態では、図6に示すように蓋体接合時の熱によっては溶融しない第1及び第2のメタライズ81,85の厚みによって張り出し部94と蓋体60との隙間100を所定範囲に確保した上でロウ材によって第2の基板44bと蓋体60とを接合する構成とした。
次に上記構成による第3実施形態の圧電振動子10Bの製造方法について説明する。
第3実施形態に係る圧電振動片10Bは、蓋体60をパッケージ40bに接合するまでの工程は第1実施形態の圧電振動片10と同様の方法により行うことにより、圧電振動片20の固定用腕23は、第1の基板42b上の第1の支持部材70aと、蓋体60の下面の第2の支持部材70bにより上下面(両面)から挟持されて支持されることになる。
第3実施形態に係る圧電振動片10Bは、蓋体60をパッケージ40bに接合するまでの工程は第1実施形態の圧電振動片10と同様の方法により行うことにより、圧電振動片20の固定用腕23は、第1の基板42b上の第1の支持部材70aと、蓋体60の下面の第2の支持部材70bにより上下面(両面)から挟持されて支持されることになる。
そしてパッケージ40bに蓋体60を接合した後、キャビティの真空引きをして第1の封止孔80を封止材で封止すると、封止材を溶融させた際に生ずる蒸散粒子が、蓋体60やパッケージ40bにおける枠部(張り出し部)の上端面の蒸散粒子付着領域(図6の斜線部分)に付着することとなる。換言すると、本実施形態の圧電振動子10Bは、蓋体60と第2の基板44b上端面に設けた蒸散粒子付着領域に封止材の蒸散粒子を付着させているのである。このため、本実施形態に係る圧電振動子10Bでは、圧電振動片20を収容するキャビティ内に封止材の蒸散粒子が混入・飛散することが無く、当該蒸散粒子が圧電振動片10の励振電極等に付着することによる悪影響も無い。
また、上記のような構成の圧電振動子10Bでは、封止孔を第1の封止孔80と第2の封止孔84から成る段孔とし、第1の封止孔80の内壁面と第2の封止孔84の開口部の周囲とにメタライズ82,83を形成したことより、封止材の密着性と封止材の付着距離(面積)を増やすことができた。よって、パッケージの気密信頼性を向上させることができた。
さらに、上記のような構成の圧電振動子10Bでは、第2の封止孔84の口径を第1の封止孔80よりも小さくしたため、第2の基板44bの強度を向上させることができ、圧電振動子全体としてもその強度を高めることができる。
このような第3実施形態に係る圧電振動子10Bによれば、振動腕21を挟む一対の固定用腕23を備えた圧電振動片20のパッケージ40bに対する機械的固定が、固定用腕23の両面とパッケージ40bの内面との間で行われる。このため、圧電振動片20を蓋体60又は第1の基板42bと平行に保持することができ、薄型化が容易となる。また圧電振動片20を収容するキャビティ内に封止材の蒸散粒子が混入・飛散することを防止でき、当該蒸散粒子が圧電振動片10の励振電極等に付着することによる悪影響も無い。
図7は第4実施形態に係る圧電振動子の構成概略を示す図である。同図(1)は蓋体60を除いた平面図を示し、(2)は(1)に蓋体60を付けたG−G断面を示す図である。
第4実施形態に係る圧電振動子10Cは、パッケージ40cの枠体に封止孔を穿孔した振動子である。なお第4実施形態の圧電振動片は第2実施形態と同様の圧電振動片200であり詳細な説明を省略する。またパッケージ40cは、第3実施形態と基本構成は同一であり、第1及び第2の封止孔80c,84c、張り出し部94c、マウント電極、金属パターンの位置が異なるのみである。
このような第4実施形態に係る圧電振動子10Cによれば、振動腕202に挟まれた固定用腕206を備えた圧電振動片200のパッケージ40cに対する機械的固定が、固定用腕206の両面とパッケージ40cの内面との間で行われる。このため、圧電振動片200を蓋体60又は第1の基板42cと平行に保持することができ、薄型化が容易となる。また圧電振動片200を収容するキャビティ内に封止材の蒸散粒子が混入・飛散することを防止でき、当該蒸散粒子が圧電振動片200の励振電極等に付着することによる悪影響も無い。
10………圧電振動子、20、200………圧電振動片、21………振動腕、22………基部、23………固定用腕、24………くびれ部、25,26………励振電極、27,28………入出力電極、29………引出し電極、40………パッケージ、42………第1の基板、44………第2の基板、46………マウント電極、48………外部実装用電極、50………金属パターン、52………開口部、60………蓋体、70………支持部材、202………振動腕、204………基部、206………固定用腕、208,210………励振電極、212,214………引出し電極、216,218………入出力電極、224,226………重り部、228………くびれ部、230………長溝。
Claims (7)
- 基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、
前記パッケージに接続し、前記固定用腕を支持する第1の支持部材と、
前記パッケージに積層される蓋体に接続し、前記固定用腕を支持する第2の支持部材と、を備え、
前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、
前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージ及び前記蓋体に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。 - 基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記振動腕の間の前記基部から前記振動腕に沿って平行に延びる固定用腕と、を有し、パッケージ内部に収容される振動片と、
前記パッケージに接続し、前記固定用腕を支持する第1の支持部材と、
前記パッケージに積層される蓋体に接続し、前記固定用腕を指示する第2の支持部材と、を備え、
前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、
前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージ及び前記蓋体に挟持されて、支持されていることを特徴とする圧電振動子。 - 基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記基部から前記振動腕を挟んで前記振動腕に沿って平行に延びる一対の固定用腕と、を有する振動片と、
封止材よりも大きな口径を有する第1の封止孔を備え、前記振動片をマウントする第1の基板と、
前記振動片を収容するキャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第1の封止孔と重なる位置に設けられた前記封止材よりも小さな口径を有する第2の封止孔とを備え、前記第1の基板に積層される第2の基板と、
前記枠部の上面に枠状配設され、前記開口部及び前記第2の封止孔を内側に配置するロウ材を介して前記第2の基板に積層される蓋体と、
前記第1の封止孔内壁面及び前記第1の封止孔と前記第2の封止孔との段差部に固着した封止材と、
前記固定用腕を上下面から支持する第1及び第2の支持部材と、を備え、
前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記蓋体と前記第1の基板の互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。 - 基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と、前記振動腕の間の前記基部から前記振動腕に沿って平行に延びる固定用腕と、を有する振動片と、
封止材よりも大きな口径を有する第1の封止孔を備え、前記振動片をマウントする第1の基板と、
前記振動片を収容するキャビティを構成する開口部と前記キャビティの枠部であって平面視した際に前記第1の封止孔と重なる位置に設けられた前記封止材よりも小さな口径を有する第2の封止孔とを備え、前記第1の基板に積層される第2の基板と、
前記枠部の上面に枠状配設され、前記開口部及び前記第2の封止孔を内側に配置するロウ材を介して前記第2の基板に積層される蓋体と、
前記第1の封止孔内壁面及び前記第1の封止孔と前記第2の封止孔との段差部に固着した封止材と、
前記固定用腕を上下面から支持する第1及び第2の支持部材と、を備え、
前記第1及び第2の支持部材は、いずれか一方が導電性接着剤であり、前記振動片が、前記第1及び第2の支持部材を介して前記蓋体と前記第1の基板の互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子。 - 前記第2の支持部材は、上面が硬化した後、前記蓋体に接触させていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1に記載の圧電振動子。
- パッケージのベース基板に第1の支持部材を塗布して振動片の固定用腕をマウントし、
前記振動片の共振周波数を調整し、
前記固定用腕の上面に第2の支持部材を塗布し、
前記第2の支持部材を硬化させた後、蓋体を前記パッケージに接合し、
前記振動片が前記第1及び第2の支持部材を介して前記パッケージの互いに対向する内面に挟持されて、支持されていることを特徴とする振動子の製造方法。 - 前記第2の支持部材を塗布した後、前記蓋体をパッケージに搭載して接合し、前記第2の支持部材を前記蓋体に固着させたことを特徴とする請求項6に記載の振動子の製造方法。
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