JP5908807B2

JP5908807B2 - レゾネータ

Info

Publication number: JP5908807B2
Application number: JP2012169334A
Authority: JP
Inventors: 国英岩元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: JP2014030085A

Description

本発明は、様々な電子機器に使用されるマイクロプロセッサの基準クロックを発振する部品であるレゾネータに関するものである。

レゾネータに用いられる圧電素子は、例えば圧電体の両主面に励振電極が設けられるとともに両端にそれぞれの励振電極と電気的に接続された端子電極が設けられたもので、この圧電素子を支持基板上に搭載してなるレゾネータは、図３に示すように、圧電素子５１の端子電極と支持基板５２に設けられた回路電極５３とを厚みを持たせた導電性樹脂５４で接続して固定することで、圧電素子５１の振動空間を確保するようにしたものである（例えば、特許文献１を参照）。

特開平７−６６６６１号公報

ここで、レゾネータの発振特性をばらつきなく安定して発現させるためには、一方の励振電極と電気的に接続された導電性樹脂と、他方の励振電極との間隔を精度よく安定させて実装しておく必要がある。

しかし、上記のレゾネータは、実装時に導電性樹脂ペーストが流動する等の影響で発振特性がばらつくという問題があった。また、圧電素子が柔軟性のある導電性樹脂の上に載置させて固定されているため、導電性樹脂が長期間使用している間に変形して励振電極と圧電素子を固定する部位との距離が変わり、発振特性のばらつきや変化が大きくなってレゾネータの特性不良を引き起こすおそれがあった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、実装時や長期の使用においても発振特性のばらつきや変化が発生するのを抑制されたレゾネータを提供することを目的とする。

本発明のレゾネータは、支持基板と、該支持基板上に立設された一対の圧電素子載置部と、該一対の圧電素子載置部のうちの一方の圧電素子載置部から他方の圧電素子載置部にかけて掛け渡すように載置された圧電素子と、前記支持基板に設けられた電極と前記圧電素子に設けられた電極とを電気的に接続する導電性樹脂とを含み、前記一対の圧電素子載置部のそれぞれは、前記圧電素子が載置された部位と平面視で前記圧電素子の幅方向の側
面よりも外側に配置された部位とを含む第一の壁と、平面視で前記圧電素子の端面よりも外側に配置された第二の壁とを有し、前記第一の壁と前記第二の壁とで前記導電性樹脂の周縁を取り囲むように設けられており、前記第二の壁が前記第一の壁よりも高くなっていることを特徴とするものである。

また、本発明のレゾネータは、前記第一の壁が平面視で矩形状の３辺を構成し、前記第二の壁が平面視で矩形状の１辺を構成していることを特徴とするものである。

また、本発明のレゾネータは、前記第二の壁が前記圧電素子の上面よりも高くなっていることを特徴とするものである。

また、本発明のレゾネータは、前記導電性樹脂が前記圧電素子の端面から上面まで回り込んでいることを特徴とするものである。

また、本発明のレゾネータは、前記第一の壁と前記第二の壁は分割されていることを特徴とするものである。

本発明のレゾネータによれば、支持基板上に立設された一対の圧電素子載置部に圧電素子が載置され、かつ一対の圧電素子載置部がそれぞれ導電性樹脂の周縁を取り囲むように設けられていることで、圧電素子を固定する導電性樹脂の変形が抑制され、実装時や長期
の使用においても圧電素子に設けられた電極（励振電極）と圧電素子を固定する部位との間隔がばらついたり変化したりするのを抑制することができる。その結果、発振特性のばらつきや変化が生じるのを抑制することができる。

（ａ）は本発明のレゾネータの実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すレゾネータの側面図、（ｃ）は（ａ）の圧電素子および導電性接合材を取り除いた状態を示す平面図である。図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面の一部拡大図である。（ａ）は従来のレゾネータの一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すレゾネータの側面図である。

本発明のレゾネータの実施の形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明のレゾネータの実施の形態の一例を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すレゾネータの側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の圧電素子および導電性接合材を取り除いた状態を示す平面図である。また、図２は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線で切断した断面の一部拡大図である。

図１および図２に示すレゾネータは、支持基板１と、支持基板１上に立設された一対の圧電素子載置部３と、一対の圧電素子載置部３のうちの一方の圧電素子載置部３から他方の圧電素子載置部３にかけて掛け渡すように載置された圧電素子２と、支持基板１に設けられた電極と圧電素子２に設けられた電極とを電気的に接続する導電性樹脂４とを含み、一対の圧電素子載置部３はそれぞれ導電性樹脂４の周縁を取り囲むように設けられている。

支持基板１は、例えばアルミナ等の強度を有する誘電体セラミックスからなる基板で、例えば長さ１〜１０ｍｍ、幅０．５〜５ｍｍ、厚み０．１〜１．０ｍｍの大きさのものである。

圧電素子２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）の単結晶体に、例えば銀蒸着による電極形成を行ったものである。この圧電素子２は、圧電体２１と、圧電体２１の両主面にそれぞれ設けられた励振電極２２と、圧電体２１の両端（対向する一対の側面）に設けられた端子電極２３とを備えるものであり、一方の主面に設けられた励振電極２２と一方の端部（側面）に設けられた端子電極２３とが一体に形成されたものである。なお、図２では、上側の主面に設けられた励振電極２２と一方の端部（側面）に設けられた端子電極２３とが一体に形成されたものが示されていて、下側の主面に設けられた励振電極２２は一部しか示されていないが、下側の主面に設けられた励振電
極２２も上側の主面に設けられた励振電極２２と同様に、他方の端部（側面）に設けられた端子電極２３と一体に形成されている。

支持基板１上には、一対の圧電素子載置部３が立設され、一対の圧電素子載置部３のうちの一方の圧電素子載置部３から他方の圧電素子載置部３にかけて掛け渡すように圧電素子２が載置されている。

圧電素子２の両端部が一対の圧電素子載置部３に載置され、圧電素子２の両端部に設けられた電極（端子電極２３）が銀エポキシ、銀シリコーン樹脂などからなる導電性樹脂４を介して支持基板１に設けられた回路電極１１と電気的に接続されて、圧電素子２が固定されている。そして、一対の圧電素子搭載部３は、それぞれ導電性樹脂４の周縁を取り囲むように設けられている。

圧電素子載置部３は例えば上面が平坦になっていて、圧電素子２が安定して載せられるようになっている。また、圧電素子載置部３は、図１（ｃ）に示すように、例えば上からみて矩形状となるような配置に壁が設けられた構造、いわゆる中抜きの構造になっている。この中抜きの部分において、支持基板１の回路電極１１が露出しており、この部分に導電性樹脂４が充填されて、回路電極１１と端子電極２３とが電気的に接続される。このような構造であることで、一対の圧電素子載置部３のそれぞれが導電性樹脂４の周縁を取り囲むようになっている。

そして、圧電素子２が一対の圧電素子載置部３に載置され、当該一対の圧電素子載置部３のそれぞれが導電性樹脂４の周縁を取り囲むように設けられていることで、圧電素子２を固定する導電性樹脂４の変形が抑制され、導電性樹脂４の圧電素子２の中央部側への流れを防止することができる。したがって、長期の使用においても圧電素子２に設けられた電極（励振電極２２）と圧電素子２を固定する部位との間隔が変わるのを抑制することができる。その結果、発振特性のばらつきや変化が生じるのを抑制することができる。

また、実装時においても導電性樹脂ペーストの圧電素子２の中央部側への流動を防止できることから、製造時の特性不良品の発生を防止できる。

なお、圧電素子載置部３の幅は、圧電素子２への導電性樹脂４の接合長さを一定にして特性ばらつきを小さくするために、圧電素子２よりも大きくすることが好ましい。

ここで、一対の圧電素子載置部３は、樹脂や成型体などで形成することができるが、好ましくははんだで形成するのがよい。圧電素子載置部３をはんだで形成することにより、はんだが溶融する際の表面張力によって圧電素子載置部３の上面は平滑な面になり、長期間使用しても変形しないため発振周波数のばらつきをより小さくできる。また、圧電素子載置部３上面の凹凸が無く、圧電素子２の搭載精度が安定してばらつきを抑えられることから、製造時の特性不良品の発生を防止できる。

また、一対の圧電素子載置部３はそれぞれ圧電素子２が載置される第一の壁３１と圧電素子２の端面よりも外側に配置される第二の壁３２とを有している場合において、これらは同じ高さに形成されていてもよいが、図１および図２に示すように、第二の壁が前記第一の壁よりも高くなっているのが好ましい。

圧電素子載置部３における外側に配置の１辺を高くする、例えば第一の壁３１で平面視矩形状の３辺を構成し、第二の壁３２で平面視矩形状の一辺を構成した場合に、圧電素子２の端面よりも外側に配置された第二の壁３２を高くすることにより、実装時に圧電素子２の位置がずれることなく固定され、発振特性のばらつきを抑えることができる。また、
第一の壁３１が圧電素子２の下面と同じ高さであるのに対し、第二の壁３２は圧電素子２の上面よりも高くなっているのが好ましく、これにより、第二の壁３２と圧電素子２との間隙を導電性樹脂４で埋めるようにして圧電素子２の載置面（下面）とは反対側の主面（上面）に導電性樹脂４を延ばすことができ、製造時の導電性樹脂４の量を少なくできると共に確実な電気接続を可能にする。さらに、圧電素子２の実装位置が精度よく決められるため、励振電極２２と導電性樹脂４との間隔がずれることなく実装され、望ましい発振特性を簡便な実装でばらつくことなく実現できる。

また、第一の壁３１と第二の壁３２は分割されているのが好ましい。圧電素子載置部３を分割して形成することにより、余分な導電性樹脂４の量を分割部で調整することができて、導電性樹脂４が圧電素子２の中央部に向かってオーバーフローするのを防ぐことができる。このため、励振電極２２と導電性樹脂４との間隔を一定にできるため、発振特性のばらつきを抑えることができる。

また、分割することにより、供給する半田の量を変えることで圧電素子載置部の高さを別々にできる。これにより、壁の高さがばらつくことで圧電素子２の傾きや搭載位置のズレが生じるのを抑制することができる。なお、分割された第一の壁３１と第二の壁３２との間の隙間は、導電性樹脂４が周囲に流出しない程度の隙間であれば問題ない。

また、導電性樹脂４が圧電素子２の端面から上面まで回り込んでいるのが好ましい。導電性樹脂４が圧電素子２の端面から上面まで回り込んでいることにより、励振電極２２と圧電素子２を固定する部位との間隔を一定にしながら実装ずれを抑えて導電性樹脂４で圧電素子２を完全に固定できるため、発振特性のばらつきをさらに小さくできる。

次に、本実施の形態のレゾネータの製造方法について説明する。

まず、回路電極及び容量電極を形成した支持基板１の圧電素子２を搭載する電極（回路電極）上に、例えばスクリーン印刷によってはんだを供給し、リフローによりはんだを溶融させ、圧電素子載置部３を形成する。なお、圧電素子載置部３は、メタルマスクを用いて種々の形状とすることができる。また、支持基板１に設けられる回路電極のパターンを分割することによって、第一の壁３１と第二の壁３２とが分割された構成とすることができ、圧電素子２が載置される第一の壁３１と圧電素子２の端面よりも外側に配置される第二の壁３２とを有し、第二の壁３２が第一の壁よりも高くなっている構成とすることができる。

次に、はんだにて形成した圧電素子載置部３内にディスペンサーによって導電性樹脂４を充填し、搭載装置にて圧電素子２を両側に形成された圧電素子載置部３の中央になる様に搭載する。これにより、圧電素子２の電極は支持基板１の電極と電気的に接続される。なお、導電性樹脂４の充填量を調整することで、導電性樹脂４が圧電素子２の端面から上面まで回り込んだ構成とすることができる。

最後に、乾燥炉内にて導電性樹脂４を硬化させ、圧電素子２を支持基板１に完全に固定し、必要により保護ケース（図示せず）を被せてレゾネータを作製することができる。

本発明の実施例のレゾネータを以下の様にして作製した。

まず、大きさ１．３ｍｍ×３．２ｍｍ×０．３ｍｍのアルミナ含有率９６％のセラミック板に誘電体ペーストと導体ペーストを印刷して焼成し、容量電極と回路電極を形成した支持基板を作製した。

次に、圧電素子を搭載する電極（回路電極）上に、厚み０．１ｍｍのメタルマスクを用いてＳｎ９６．５％、Ａｇ３．５％の融点２２３℃のクリームはんだを印刷し、酸素濃度５００ｐｐｍの窒素雰囲気内にてピーク温度２５０℃のはんだリフロー炉ではんだを溶融させ、圧電素子載置部を形成した。このとき、圧電素子載置部を第一の壁と第二の壁とからなる構成としてこれらの高さを変えるために、内側の低い方の第一の壁を形成するメタルマスクの開口面積に対し、外側の第二の壁はメタルマスクの開口面積を電極面積の１．５倍の面積として、供給するはんだ体積を増やし、１回のはんだ印刷工程にて溶融後の高さが変わる様にした。

次に、圧電素子載置部により囲まれた中央部にＡｇ含有率７０％のエポキシ系の導電性樹脂をディンスペンサーにて充填した。このときの導電性樹脂の充填量は圧電素子載置部を構成する高さの低い側の第一の壁よりも高く、また高さの高い側の第二の壁よりも低くなる量とした。

次に、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体に銀の蒸着電極（励振電極および端子電極が一体に形成された電極）が形成された、長さ３．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍの圧電素子を用意した。

次に、トレーに整列した圧電素子を電子部品搭載装置にて吸着し、両方の圧電素子載置部の中央に圧電素子の幅方向中央部が配置されるように搭載した。このとき、圧電素子の両端が導電性樹脂で接着される様に圧電素子を押し込み、圧電素子載置部の上面に圧電素子が接触する様に載せた。

次に、大気雰囲気にて１５０℃に加熱された乾燥炉中に、圧電素子が搭載された基板を入れて１時間の乾燥を行い、導電性樹脂を硬化させた。

次に、エポキシ樹脂で成型されたケースの周縁にエポキシ接着材を塗布し、圧電素子が搭載された支持基板の外辺に合わせてケースを搭載した。その後、大気雰囲気にて１５０℃に加熱された乾燥炉中に入れて、エポキシ接着材を硬化させて気密封止を行ない、レゾネータを作製した。

このレゾネータの初期の発振周波数特性を測定して、その後温度サイクル試験を行なった。温度サイクル試験の条件は、具体的には、まず−４０℃に大気雰囲気中に３０分保持後、＋８５℃の大気雰囲気中３０分保持することを１サイクルとして、１０００サイクルを繰り返し行った。その結果、発振周波数に変化が無いことを確認した。

１：支持基板
１１：回路電極
２：圧電素子
２１：圧電体
２２：励振電極
２３：端子電極
３：圧電素子載置部
３１：第一の壁
３２：第二の壁
４：導電性樹脂

Claims

支持基板と、該支持基板上に立設された一対の圧電素子載置部と、該一対の圧電素子載置部のうちの一方の圧電素子載置部から他方の圧電素子載置部にかけて掛け渡すように載置された圧電素子と、前記支持基板に設けられた電極と前記圧電素子に設けられた電極とを電気的に接続する導電性樹脂とを含み、
前記一対の圧電素子載置部のそれぞれは、前記圧電素子が載置された部位と平面視で前記圧電素子の幅方向の側面よりも外側に配置された部位とを含む第一の壁と、平面視で前記圧電素子の端面よりも外側に配置された第二の壁とを有し、前記第一の壁と前記第二の壁とで前記導電性樹脂の周縁を取り囲むように設けられており、前記第二の壁が前記第一の壁よりも高くなっていることを特徴とするレゾネータ。
前記第一の壁が平面視で矩形状の３辺を構成し、前記第二の壁が平面視で矩形状の１辺を構成していることを特徴とする請求項１に記載のレゾネータ。
前記第二の壁が前記圧電素子の上面よりも高くなっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレゾネータ。
前記導電性樹脂が前記圧電素子の端面から上面まで回り込んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載のレゾネータ。
前記第一の壁と前記第二の壁は分割されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれかに記載のレゾネータ。