JP4707021B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
この圧電デバイス1は、3枚の水晶板2,3,4を重ねて形成されている。
水晶板2は、水晶板3,4に挟まれており、中央部2aの上下面を凹状に加工した所謂逆メサ形にして、中央部2aの上下に内部空間Sが形成されるようになっている。この水晶板2の中央部2aの上下面には、中央部を積極的に振動させるための励振電極5a,5bが設けられている。下面の励振電極5bは、引出し電極6bを介して、実装端子部7と電気的に接続されている。また、上面の励振電極5aは、引出し電極6aを介して、貫通孔9の内面まで引き出され、実装端子部7と電気的に接続されている。
そして、水晶板2を挟むようにして、水晶板3および水晶板4を、金/錫など金属系のロウ材11で接合固定している。すなわち、このロウ材11は、内部空間Sを密封する必要があるため、一周にわたって設けられ、このロウ材11を加熱溶融して、3枚の水晶板2,3,4を接合している。
また、水晶板2,3,4を接合するためにロウ材11を加熱溶融すると、引出し電極6a,6bが金/錫など金属系のロウ材11に吸収される所謂ハンダ食われを起こすことがある。かかるハンダ食われが励振電極5a,5bにまで拡がると、励振電極5a,5bの一部が吸収され、中央部2aの重量が軽くなり、CI値や周波数が変化して、所望する圧電デバイスの特性を得ることができなくなってしまう。
このように、ロウ材11の濡れ拡がり、又はハンダ食われによって、CI値や周波数が変化して、所望する圧電デバイスの特性を得ることができなくなってしまうという課題を有する。
ところが、第1の発明の構成によれば、連結電極及び/又は励振電極の下地層は、金属系ロウ材と濡れ性の悪い金属系材料を有して形成されており、表層部の一部が励振電極と引出し電極とを隔てるように除かれている。このため、例えば、連結電極の位置で、表層部が励振電極と引出し電極とを隔てるように分断され、この分断部にて、金属系ロウ材と濡れ性の悪い金属系材料が露出して、金属系ロウ材は濡れ拡がらなくなる。したがって、金属系ロウ材が励振電極側に流出するような事態を有効に防止でき、さらに、金属系ロウ材の流出を防止することで、ハンダ食われも防止できる。
また、下地層は、表層部の一部を除いた分、導通性を向上させるように断面積が大きく形成されているため、引出し電極と励振電極との間の導通性を確保できる。
かくして、ロウ材の振動領域への付着、及びハンダ食われを防止して、優れた振動特性を得ることができる圧電デバイスを提供することができる。
第2の発明の構成によれば、引出し電極、励振電極、及び連結電極は、同様の層構造および部材により形成されているため、これら各電極を同時に形成することができる。したがって、表層部の一部を除いて形成することは比較的容易となり、小型化された圧電デバイスにも対応することができる。
第3の発明の構成によれば、枠部の主面はリッド基体とベース基体とで挟まれているため、金属系ロウ材は、リッド基体とベース基体とに挟まれた際に圧力が加わって、より連結電極を伝わって励振電極側に流れようとする。しかし、第3の発明は第1の発明の構成を有するので、金属系ロウ材の励振電極への流出を有効に防止できる。
第4の発明の構成によれば、連結電極は、引出し電極側から励振電極側に向かうにしたがって下るように傾斜しているので、連結電極で濡れ拡がった金属系ロウ材は、より励振電極側に流れ易くなる。ところが、第4の発明は、第1の発明の構成を有するので、金属系ロウ材の励振電極への流出を有効に防止できる。
第5の発明の構成によれば、連結電極には、露出した濡れ性の悪い金属系材料が内側底面となる凹部が形成されている。このため、もし、金属系ロウ材が露出した濡れ性の悪い金属系材料に流れてきたとしても、凹部の内側に金属系ロウ材を溜めて、金属系ロウ材の励振電極への流出を有効に防止できる。
第6の発明の構成によれば、下地層は、少なくとも表層部の厚みに比べて、大きな厚み寸法を有する。このため、金属系材料からなる下地層の断面積を大きくして、下地層における導通性を向上させることができる。したがって、下地層が露出している部分は表層部が取り除かれたような状態にあるために発生する、引出し電極と励振電極との導通性の悪化という問題を、有効に解決することができる。
第7の発明の構成によれば、下地層は三層以上から形成されており、その中間層に、濡れ性の悪い金属系材料に比べて電気抵抗値の低い金属を配置している。したがって、たとえ、濡れ性の悪い金属系材料の部分の電気抵抗値が高く、導通性が悪い場合であっても、中間層の電気抵抗値の低い金属の部分で、引出し電極と励振電極との間の良好な導通を図り、優れた振動特性を有する圧電デバイスを得ることができる。
これらの図において、圧電デバイス30は圧電振動子を例示しており、圧電素子20と、この圧電素子20が接合される基体32とを備えており、本実施形態の場合、基体32は、圧電素子20を挟むようにしたリッド基体40とベース基体50とから構成されている。
圧電素子20は、圧電体41の表面に、励振電極42,43および引出し電極46,47が形成されている。
圧電体41は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。本実施形態の場合、圧電体41は、水晶ウエハを定められた方向に沿ってカットした所謂ATカットとされており、中央の振動部22と、この振動部22を囲む枠部24と、振動部22と枠部24とをつなぐ支持部26,27とを備えている。
そして、この厚みの薄い領域の主面である上下面には、例えば、下地(下地層)にクロム(Cr)、ニッケル(Ni)或いはチタン(Ti)を、その表面(表層部)に金(Au)や銀(Ag)をスパッタして、互いに異極となる励振電極42,43が形成されている。これにより、上面の励振電極42と下面の励振電極43との間で効率よく電界を生じさせて、振動部22は厚みすべり振動をするようになっている。
本実施形態の場合、枠部24の外形サイズは、リッド基体40およびベース基体50の外形サイズと略同様である。また、枠部24は、振動部22よりも厚く形成されており、その角部付近には、図1に示すように、平面視において1/4円弧に切り欠かれたキャスタレーション24a,24b,24c,24dが形成されている。このキャスタレーション24a,24b,24c,24dは、圧電素子20をウエハから切り出す際のガイドになると共に、励振電極42,43と底面に配置された実装端子部44,45とを電気的に接続するための導通路となる。
具体的には、支持部26,27は、振動部22の対向する側面の中央付近に2本だけ設けられており、このため、支持部26,27が設けられていない振動部22と枠部24との間は貫通孔28となっている。
この連結電極48,49は、後述する表層部48bの一部(下地層48aが露出している部分)を除けば、励振電極42,43、および引出し電極46,47と、同様の層構造および部材から形成されている。この連結電極48,49については、後で詳細に説明する。
基体32は、圧電素子20を接合固定して、振動領域を密封するための部材であり、本実施形態の場合、基体32は、枠部24を挟みながら加熱圧着して圧電素子20と接合されるようになっており、リッド基体40およびベース基体50を備えている。
具体的には、基体32は、絶縁材料を利用して形成されており、本実施形態の場合、圧電素子20をリッド基体40とベース基体50とで挟んで加熱した場合に、応力が生じて亀裂などが入らないようにするため、圧電素子20と略同様の熱膨張係数を有する部材が選択され、例えば、水晶或いはガラスで形成されている。
そして、ベース基体50の周縁全周が、圧電素子20の枠部24と接合されるようになっており、ベース基体50の上面に、例えばクロム(Cr)および金(Au)をスパッタした接合用金属膜56が被膜され、図2(a)に示すように、枠部24の下面の引出し電極47との間に、金/錫等の金属系ロウ材58が適用されて、枠部24と接合されるようになっている。
連結電極48は、図2(b)に示すように、圧電体41の表面に設けられる下地層48aと、この下地層48aの表面に設けられる表層部48bとを有している。
表層部48bは、励振電極42,43と引出し電極46,47との導通を良好に図るための部材であり、例えば金(Au)や銀(Ag)等をスパッタして形成されている。
すなわち、本実施形態では、連結電極48は、引出し電極46及び励振電極42と同様の層構造および部材により形成されている。
具体的には、下地層48aは、図1に示すように、連結電極48の幅一杯に、内部空間S1に露出しており、図2(b)に示すように、この露出した濡れ性の悪い金属系材料の部分48−1が内側底面となる凹部57が形成されている。これにより、金属系ロウ材54が励振電極42側に流出してきても、この凹部57の内側に金属系ロウ材54を溜めて、金属系ロウ材54の励振電極42への流出を有効に防止することができる。
かくして、ロウ材の濡れ拡がりまたはロウ材によるハンダ食われを防止して、優れた振動特性を得ることができる圧電デバイスを提供することができる。
この図において、図1および図2で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
この圧電デバイス60が、第1の実施形態の圧電デバイス30と異なるのは、連結電極48,49(図2参照)の下地層の構造についてである。なお、連結電極48と連結電極49とは、略同様の構成であるから、以下、連結電極48についてのみ説明する。
そして、この三層の内の中間層60bには、最上層60cとの結合力が強い部材であると共に、濡れ性の悪い金属系材料で形成された最上層60cに比べて電気抵抗値の低い金属を配置している。具体的には、中間層60bは金(Au)または銀(Ag)で形成されている。
また、最下層60aは、中間層60bを圧電体41に接合するための部材で形成されており、例えばクロム(Cr)、ニッケル(Ni)或いはチタン(Ti)で形成されている。
また、本発明は以上の構成に限られず、例えば、連結電極48の下地層48aは、四層以上からなってもよいが、圧電デバイス60全体の厚み寸法を小さくする観点から、本第2の実施形態のように連結電極48の下地層48aは、三層60a,60b,60cとするのが好ましい。
この図において、図1および図2で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
この圧電デバイス70が、第1の実施形態の圧電デバイス30と異なるのは、連結電極48,49(図2参照)の構造についてである。なお、連結電極48と連結電極49とは、略同様の構成であるから、以下、連結電極48についてのみ説明する。
この金属膜48cは、金属系ロウ材54と濡れ性の悪い金属系材料で形成され、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)或いはチタン(Ti)をスパッタして形成されている。また、金属膜48cは分断部76だけではなく、分断部76に隣接した表層部48bの上にも被着されている。
さらに、表層部48bは、図2に示す励振電極42と引出し電極46とを隔てるように分断されているため、表層部48bが金属系ロウ材54に吸収される所謂ハンダ食われを、表層膜48cの部分で阻止することができる。
かくして、ロウ材の濡れ拡がりまたはロウ材によるハンダ食われを防止して、優れた振動特性を得ることができる圧電デバイスを提供することができる。
この図において、図1および図2で使用した符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
この圧電デバイス80が、第1の実施形態の圧電デバイス30と異なるのは、連結電極48,49と励振電極42,43の構造についてである。なお、連結電極48と連結電極49、励振電極42と励振電極43とは、略同様の構成であるから、以下、連結電極48および励振電極42についてのみ説明する。
さらに、励振電極42の表層部の一部が、引出し電極46と励振電極42とを隔てるように除かれているため、表層部が金属系ロウ材に吸収される所謂ハンダ食われを、下地層42aの露出している部分で阻止することができる。
かくして、ロウ材の濡れ拡がりまたはロウ材によるハンダ食われを防止して、優れた振動特性を得ることができる圧電デバイスを提供することができる。
例えば、下地層の露出している部分を複数個所に設けてもよく、また、連結電極の一部および励振電極の一部の両方に形成しても良い。
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、例えば以下のように、引出し電極の表層部と励振電極の表層部とを完全に分断しない態様で実施することが可能である。
すなわち、図6は本発明の圧電デバイスに用いられる圧電素子20の変形例に係る概略平面図であり、その変形例の一例である図6(a)に示されるように、連結電極48の幅方向の一部の表層部のみが除かれて、幅方向の一部の下地層48aが露出されていてもよい。
また、図6の変形例の一例である図6(b)に示されるように、連結電極48の表層部および下地層が幅方向の同じ一部分で除かれており、その除かれた一部分に金属系ロウ材と濡れ性の悪い金属膜48cを設けるようにしてもよい。
また、図6の変形例の一例である図6(c)に示されるように、露出した下地層42aの周囲の表層部で引出電極46と励振電極42とが電気的につながるように、励振電極42の一部の表層部が除かれてもよい。
Claims (7)
- 圧電体の表面に励振電極が形成された振動部を有すると共に、前記励振電極と電気的に接続された引出し電極が形成され、前記振動部を囲むようにした枠部を有する圧電素子と、
前記引出し電極と金/錫を含有する金属系ロウ材により接合される基体と、
を備えた圧電デバイスであって、
前記振動部と前記枠部とは支持部を介して接続され、前記支持部の幅一杯に前記励振電極と前記引出し電極とをつなぐ連結電極が形成されており、
前記連結電極は、前記支持部の幅一杯に設けられる下地層と、この下地層の表面に設けられる表層部とを有し、
前記表層部の一部が、前記励振電極と前記引出し電極とを隔てるように除かれて、前記下地層が前記支持部の幅一杯に露出しており、
前記下地層は、前記金属系ロウ材と濡れ性の悪い金属系材料が前記露出するように形成されており、かつ、前記表層部の一部を除いた分、導通性を向上させるように断面積が大きく形成されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 - 前記引出し電極、励振電極、及び連結電極は、前記表層部の一部を除き、同様の層構造および部材により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイス。
- 前記基体は、前記枠部の主面を挟むようにしたリッド基体とベース基体とを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電デバイス。
- 前記連結電極は、前記引出し電極側から前記励振電極側に向かうにしたがって下るように傾斜していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記連結電極には、前記露出した濡れ性の悪い金属系材料が内側底面となる凹部が形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記下地層は、少なくとも前記表層部の厚みに比べて、大きな厚み寸法を有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の圧電デバイス。
- 前記下地層は三層以上から形成されており、その中間層に、前記濡れ性の悪い金属系材料に比べて電気抵抗値の低い金属を配置したことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の圧電デバイス。
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