JP5689702B2

JP5689702B2 - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP5689702B2
Application number: JP2011018506A
Authority: JP
Inventors: 三浦　浩之; 浩之三浦
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2012160870A

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。

従来の圧電デバイスは、その例として素子搭載部材、圧電振動素子、サーミスタ素子、蓋体とから主に構成されている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
素子搭載部材は、基板部と第１の枠部と第２の枠部で構成されている。
基板部の主面に第２の枠部が設けて、第２の凹部空間が形成され、第２の枠部に第１の枠部を設けて第１の凹部空間が形成されている。
第１の凹部空間内に露出する第２の枠部の一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッドが設けられている。
第２の凹部空間内に露出する基板部の一方の主面には、サーミスタ素子搭載パッドが設けられている。
また、基板部の他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子が設けられている。
この圧電振動素子搭載パッド上には、導電性接着剤を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した圧電振動素子が搭載されている。この圧電振動素子を囲繞する素子搭載部材の第１の枠部の頂面には金属製の蓋体が被せられ接合されている。これにより第１の凹部空間と第２の凹部空間が気密封止されている。
また、サーミスタ素子搭載パッド上には、半田等の導電性接合材を介して接続されるサーミスタ素子が搭載されている。
サーミスタ素子は、抵抗値が、外部接続用電極端子を介して圧電デバイスの外へ出力される。この出力された抵抗値の変化から電圧が変化するため、電圧と温度との関係により、出力された抵抗値を電圧に換算することで、そのときの電圧から温度情報を得ることができる。例えば、電子機器等のメインＩＣ内で温度情報に換算することができる。
また、外部接続用電極端子は、２個一対の水晶振動素子用電極端子と、２個一対のサーミスタ素子用電極端子により構成されている。その水晶振動素子用電極端子は、対角に配置されている。また、サーミスタ素子用電極端子も同様に対角に配置されている。

特開２００８−２０５９３８号公報

しかしながら、従来の圧電デバイスにおいては、サーミスタ素子を素子搭載部材のサーミスタ素子搭載パッドに搭載するための半田等の導電性接合材をサーミスタ素子搭載パッドに塗布する際に、塗布用のニードルが入るスペースを設ける必要がある。よって、サーミスタ素子搭載パッドから引き回したサーミスタ素子用配線パターンの露出が多くなり、サーミスタ素子搭載パッドからサーミスタ素子用配線パターンに導電性接合材が流れ出てしまうため、サーミスタ素子がサーミスタ素子搭載パッドから外れてしまうといった課題があった。

また、従来の圧電デバイスは、サーミスタ素子を素子搭載部材のサーミスタ素子搭載パッドに搭載する際に、サーミスタ素子が位置ずれを起こし、サーミスタ素子がサーミスタ素子搭載パッドから外れてしまうといった課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サーミスタ素子を接合する際に、サーミスタ素子がサーミスタ素子搭載パッドから外れてしまうことを低減することができる圧電デバイスを提供することを課題とする。

本発明の圧電デバイスは、基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部と、基板部の他方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、基板部と第１の枠部とで形成される第１の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、基板部と第２の枠部とで形成される第２の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに導電性接合材を用いて搭載されているサーミスタ素子と、サーミスタ搭載パッドと接続されている２個一対のサーミスタ素子用配線パターンと、第１の凹部空間を気密封止する蓋体と、第２の枠部の基板部の他方の主面と同一方向を向く面の４角に２個一対の圧電振動素子用電極端子と２個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、素子搭載部材の第２の枠部の同一辺側で隣接しあう２つの外部接続用電極端子間に設けられた第３の凹部空間と、を備え、第２の凹部空間内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターンは、第３の凹部空間に素子搭載部材の長辺側外周縁部と平行で、第２の凹部空間内底面の中心線に対して線対称となる位置に設けられ、２個一対のサーミスタ素子用配線パターンの主面には、前記素子搭載部材の短辺側外周縁部と平行になるようにバンプが設けられていることを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスによれば、第２の凹部空間内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターンは、第３の凹部空間に素子搭載部材の長辺側外周縁部と平行で、第２の凹部空間内底面の中心線に対して線対称となる位置に設けられ、２個一対のサーミスタ素子用配線パターンの主面には、前記素子搭載部材の短辺側外周縁部と平行になるようにバンプが設けられていることによって、サーミスタ素子搭載パッドに導電性接合材を塗布したのち、サーミスタ素子用配線パターンに沿って導電性接合材が流れることを低減でき、サーミスタ素子の接合強度を保つのに十分な導電性接合材を維持させることができる。よって、サーミスタ素子がサーミスタ素子搭載パッドから外れてしまうことを低減することができる。

また、２個一対のサーミスタ素子用配線パターンの主面には、素子搭載部材と短辺側外周縁部と平行になるようにバンプが設けられていることによって、前記バンプよりもサーミスタ素子が第３の凹部空間内の壁部側に向かって位置ずれしないため、サーミスタ素子の位置決めをすることができる。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。（ａ）本発明の実施形態に係る圧電デバイスをサーミスタ素子搭載前の状態でサーミスタ素子搭載側からみた平面図であり、（ｂ）本発明の実施形態に係る圧電デバイスをサーミスタ素子搭載後の状態でサーミスタ素子搭載側からみた平面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の一方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の内層の一方の主面からみた平面図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の他方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材を他方の主面からみた平面図である。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。

本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００は、図１及び図２に示すように、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋体１３０とサーミスタ素子１４０とで主に構成されている。この圧電デバイス１００は、前記素子搭載部材１１０に形成されている第１の凹部空間Ｋ１内に圧電振動素子１２０が搭載され、第２の凹部空間Ｋ２内には、サーミスタ素子１４０が搭載されている。その第１の凹部空間Ｋ１が蓋体１３０により気密封止された構造となっている。

圧電振動素子１２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板１２１に励振用電極１２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板１２１は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極１２２は、前記水晶素板１２１の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子１２０は、その両主面に被着されている励振用電極１２２から延出する引き出し電極１２３と第１の凹部空間Ｋ１内底面に形成されている圧電振動素子搭載パッド１１１とを、導電性接着剤ＤＳを介して電気的且つ機械的に接続することによって第１の凹部空間Ｋ１に搭載される。このときの引き出し電極１２３が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を圧電振動素子１２０の先端部とする。

図１〜図２に示すサーミスタ素子１４０は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された抵抗値を電圧に換算することで、換算して得られた電圧から温度情報を得ることができる。サーミスタ素子１４０は、抵抗値が、外部接続用電極端子Ｇを介して圧電デバイス１００の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された抵抗値を電圧に換算することで温度情報を得ることができる。
サーミスタ素子１４０は、図２に示すように、素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内に露出した後述する基板部１１０ａに設けられたサーミスタ素子搭載パッド１１２に半田等の導電性接合材ＨＤを介して搭載されている。
サーミスタ素子１４０は、図３に示すように、素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２の長辺側壁部と平行になるように搭載されている。つまり、サーミスタ素子１４０は、素子搭載部材１１０の長辺側外周縁部と平行になるように搭載されている。

図１〜図２に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃとで主に構成されている。
この素子搭載部材１１０は、前記基板部１１０ａの一方の主面に第１の枠部１１０ｂが設けられて、第１の凹部空間Ｋ１が形成されている。また、素子搭載部材１１０の他方の主面に第２の枠部１１０ｃが設けられて、第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
尚、この素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａ及び第２の枠部１１０ｃは、例えばアルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料を複数積層することよって形成されている。
第１の枠部１１０ｂは、４２アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
また、第１の枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜ＨＢ上にロウ付けなどにより接続される。
第１の凹部空間Ｋ１内で露出した基板部１１０ａの一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている。
また、図１〜図３に示すように素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの他方の主面と第２の枠部１１０ｃによって第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
第２の凹部空間Ｋ２内で露出した基板部１１０ａの他方の主面には、サーミスタ素子搭載パッド１１２が設けられている。

前記素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている面とは反対側の主面の４隅には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。
外部接続用電極端子Ｇは、２個一対の圧電振動素子用電極端子Ｇ１と２個一対のサーミスタ素子用電極端子Ｇ２により構成されている。
２個一対の圧電振動素子用電極端子Ｇ１は、前記素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの他方の主面の対角に設けられている。
また、２個一対のサーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、第２の枠部１１０ｃの前記圧電振動素子用電極端子Ｇ１が設けられている位置と異なる２つの隅部に設けられている。つまり、前記サーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、前記圧電振動素子用電極端子Ｇ１が設けられている対角とは異なる第２の枠部１１０ｃの対角に設けられている。

第３の凹部空間Ｋ３は、図３に示すように、前記素子搭載部材１１０の前記第２の枠部１１０ｃの同一辺側で隣接しあう２つの外部接続用電極端子Ｇ間に設けられている。
前記第３の凹部空間Ｋ３は、隣接しあう２つの外部接続用電極端子Ｇの間に、第２の凹部空間Ｋ２とつながるようにして設けられている。
この第３の凹部空間Ｋ３には、前記サーミスタ素子用配線パターン１１６の一部が露出するようにして設けられている。また、素子搭載部材１１０ｂの長辺方向である前記第３の凹部空間Ｋ３の長さＬ１は、例えば、約１００〜２００μｍである。

圧電振動素子搭載パッド１１１といずれかの外部接続用電極端子Ｇは、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内の基板部１１０ａに形成された部分を有する圧電振動素子用配線パターン１１３と、基板部１１０ａに設けられた第１のビア導体１１４と、基板部１１０ａ及び第２の枠部１１０ｃの内部に形成された第２のビア導体１１５により接続されている。
つまり、図４及び図５に示すように、圧電振動素子搭載パッド１１１は、第１のビア導体１１４を介して圧電振動素子用配線パターン１１３の一端と接続されている。また、圧電振動素子用配線パターン１１３の他端は、第２のビア導体１１５を介して圧電振動素子用電極端子Ｇ１と接続されている。よって、圧電振動素子搭載パッド１１１は、圧電振動素子用電極端子Ｇ１と電気的に接続されることになる。

また、サーミスタ素子搭載パッド１１２とサーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内の基板部１１０ａに形成された部分を有するサーミスタ素子用配線パターン１１６と第２の枠部１１０ｃの内部に形成された第３のビア導体１１７により接続されている。
つまり、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すようにサーミスタ素子搭載パッド１１２は、サーミスタ素子用配線パターン１１６の一端と接続されている。また、サーミスタ素子用配線パターン１１６の他端は、第３のビア導体１１７を介してサーミスタ素子用電極端子Ｇ２と接続されている。よって、サーミスタ素子搭載パッド１１２は、サーミスタ素子用電極端子Ｇ２と電気的に接続されることになる。

第２の凹部空間Ｋ２内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記第３の凹部空間Ｋ３に素子搭載部材１１０の長辺側外周縁部と平行で、第２の凹部空間Ｋ２内底面に設けられている後述する中心線ＣＬに対して線対称となる位置に設けられている。
つまり、２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６は、搭載後のサーミスタ素子１４０と平行になるように設けられている。
中心線ＣＬは、図５に示すように、素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内底面の中心点ＣＰを通り、素子搭載部材１００の外周縁部の短辺方向に平行に引いた線とする。

バンプＢＰ１は、前記２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６の主面に設けられ、素子搭載部材１１０の短辺側外周縁部と平行になるように設けられている。
バンプＢＰ１は、例えば、アルミナを含有したアルミナコートにより形成されている。
図３（ａ）に示すバンプＢＰ１とサーミスタ素子搭載パッド１１２との間隔Ｌ２は、例えば、５０〜１５０μｍである。
また、図３（ａ）に示すバンプＢＰ１の長辺方向の長さＬ３は、例えば、２００〜３００μｍであり、バンプＢＰ１の短辺方向の長さＬ４は、例えば、１００〜２００μｍである。また、バンプＢＰ１の厚み方向の長さは、例えば、１０〜２０μｍである。
また、バンプＢＰ１は、第２の枠部１１０ｂ側に向かって、平面状に設けられていても構わない。

また、前記第２の凹部空間Ｋ２内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６の長さＬ１が等しくなっている。つまり、２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６の長さＬ１が同じ長さになっている。
また、第２の凹部空間Ｋ２内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６の長さＬ１は、例えば、２００〜２５０μｍである。

蓋体１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。このような蓋体１３０は、第１の凹部空間Ｋ１を、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、素子搭載部材１１０の第１の枠部１１０ｂ上に載置され、第１の枠部１１０ｂの表面の金属と蓋体１３０の金属の一部とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、第１の枠部１１０ｂに接合される。

前記導電性接着剤ＤＳは、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

導電性接合材ＨＤは、例えば、銀ペーストや鉛フリー半田等により構成されている。また、導電性接合材ＨＤには、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。

尚、前記素子搭載部材１１０は、アルミナセラミックスから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に圧電振動素子搭載パッド１１１、サーミスタ素子搭載パッド１１２、封止用導体膜ＨＢ、外部接続用電極端子Ｇ等となる導体ペーストを、また、セラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に第１のビア導体１１４、第２のビア導体１１５、第３のビア導体１１７等となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。

また、素子搭載部材１１０の前記第２の枠部１１０ｃの同一辺側で隣接しあう２つの外部接続用電極端子Ｇ間に張り出す第３の凹部空間Ｋ３と、を備えていることによって、ノズル（図示せず）で導電性接合材ＨＤを塗布する際に、素子搭載部材１１０のサーミスタ素子搭載パッド１１２以外の箇所に導電性接合材ＨＤが付着することを防ぎ、短絡を低減することができる。また、必要なサーミスタ素子用配線パターン１１６の長さを確保することができる。

本発明の圧電デバイス１００によれば、第２の凹部空間Ｋ２内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６は、第３の凹部空間Ｋ３に素子搭載部材１１０の長辺側外周縁部と平行で、第２の凹部空間Ｋ２内底面の中心線ＣＬに対して線対称となる位置に設けられ、２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６の主面には、素子搭載部材１１０と短辺側外周縁部と平行になるようにバンプＢＰ１が設けられていることによって、サーミスタ素子搭載パッド１１２に導電性接合材ＨＤを塗布したのち、サーミスタ素子用配線パターン１１６に沿って導電性接合材ＨＤが流れることを低減でき、サーミスタ素子１４０の接合強度を保つのに十分な導電性接合材ＨＤを維持させることができる。よって、サーミスタ素子１４０がサーミスタ素子搭載パッド１１２から外れてしまうことを低減することができる。

また、本発明の圧電デバイス１００によれば、２個一対のサーミスタ素子用配線パターン１１６の主面には、素子搭載部材１１０の短辺側外周縁部と平行になるようにバンプＢＰ１が設けられていることによって、前記バンプＢＰ１よりもサーミスタ素子１４０が第３の凹部空間Ｋ３内の壁部側に向かって位置ずれしないため、サーミスタ素子１４０の位置決めをすることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、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。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子１２０を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。

１１０・・・素子搭載部材
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ・・・第２の枠部
１１１・・・圧電振動素子搭載パッド
１１２・・・サーミスタ素子搭載パッド
１１６・・・サーミスタ素子用配線パターン
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１４０・・・サーミスタ素子
１００・・・圧電デバイス
Ｋ１・・・第１の凹部空間
Ｋ２・・・第２の凹部空間
Ｋ３・・・第３の凹部空間
ＤＳ・・・導電性接着剤
ＨＤ・・・導電性接合材
ＨＢ・・・封止用導体膜
Ｇ・・・外部接続用電極端子
Ｇ１・・・圧電振動素子用電極端子
Ｇ２・・・サーミスタ素子用電極端子
ＣＬ・・・中心線
ＢＰ１・・・バンプ

Claims

基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部と、前記基板部の他方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、
前記基板部と前記第１の枠部とで形成される第１の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
前記基板部と前記第２の枠部とで形成される第２の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに導電性接合材を用いて搭載されているサーミスタ素子と、
前記サーミスタ搭載パッドと接続されている２個一対のサーミスタ素子用配線パターンと、
前記第１の凹部空間を気密封止する蓋体と、
前記第２の枠部の前記基板部の他方の主面と同一方向を向く面の４角に２個一対の圧電振動素子用電極端子と２個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、
前記素子搭載部材の前記第２の枠部の同一辺側で隣接しあう２つの外部接続用電極端子間に設けられた第３の凹部空間と、を備え、
前記第２の凹部空間内底面に露出している２個一対のサーミスタ素子用配線パターンは、前記第３の凹部空間に素子搭載部材の長辺側外周縁部と平行で、第２の凹部空間内底面の中心線に対して線対称となる位置に設けられ、
前記２個一対のサーミスタ素子用配線パターンの主面には、前記素子搭載部材の短辺側外周縁部と平行になるようにバンプが設けられている
ことを特徴とする圧電デバイス。