JP6956093B2 - 圧電振動子 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電振動子に関し、特に、圧電振動素子が導電性保持部材によって基板上に保持された圧電振動子に関する。
圧電振動子の一態様として、基板の主面に圧電振動素子が片持ち支持により載置される構造が知られている。このような構造においては、例えば、圧電振動素子に形成された電極と基板に形成された電極の電気的導通を図るとともに、圧電振動素子を機械的に保持する接着剤が用いられる。例えば、特許文献１には、圧電振動片を保持する接着剤に良導体の金属が被覆された球状スペーサが混入された、圧電デバイスが開示されている。
圧電振動素子は、圧電基板と、圧電基板の両主面に設けられた励振電極とを備える。一般的に、圧電振動素子は、励振電極で挟まれた励振部分から圧電基板の外縁に近づくにつれて振動が減衰していく。ここで、圧電振動子が小型化した場合は、圧電振動素子と基板主面との接着において、圧電振動素子の外縁付近（すなわち、振動が減衰している領域）のみならず、圧電振動素子の励振部分に近い部分（すなわち、振動が充分に減衰していない領域）にも接着剤を付すこととなる。この点、特許文献１に開示されるような圧電デバイスでは、当該圧電振動素子の励振部分に近い部分に接合された接着剤により振動が阻害され、圧電振動子の特性が劣化するという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電振動子が小型化した場合においても振動子特性の劣化が抑制される圧電振動子を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、対向する第１及び第２主面を有する基板と、圧電振動素子を基板の第１主面上に励振可能に保持する導電性保持部材と、を備え、導電性保持部材は、導電性材料を主成分とする第１フィラーと、絶縁性材料を主成分とするとともに第１フィラーよりもヤング率の値が小さい第２フィラーと、を含み、基板の第１主面の法線方向から見た平面視において、導電性保持部材の中央領域よりも、導電性保持部材の外周領域において第２フィラーが密状態に配置される。
上記構成によれば、導電性保持部材のうち、中央領域に比べて外周領域のヤング率の値が小さくなる。従って、圧電振動素子の励振部分に近い部分（すなわち、振動が充分に減衰していない領域）に、導電性保持部材における外周領域（すなわち、比較的柔らかい領域）が接合されることとなる。従って、導電性保持部材の接合による振動への影響が減少し、圧電振動子の振動子特性の劣化が抑制される。
本発明の一側面に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、対向する第１及び第２主面を有する基板と、圧電振動素子を基板の第１主面上に励振可能に保持する導電性保持部材と、を備え、導電性保持部材は、導電性材料を主成分とする第１フィラーと、絶縁性材料を主成分とするとともに当該第１フィラーよりもヤング率の値が小さい第２フィラーと、を含み、基板の第１主面の法線方向から見た平面視において、導電性保持部材の中央領域における第１フィラーの容積の第２フィラーの容積に対する比率Ｈ１が、導電性保持部材の外周領域における第１フィラーの容積の第２フィラーの容積に対する比率Ｈ２より高い。
上記構成によれば、導電性保持部材のうち、中央領域に比べて外周領域のヤング率の値が小さくなる。従って、圧電振動素子の励振部分に近い部分（すなわち、振動が充分に減衰していない領域）に、導電性保持部材における外周領域（すなわち、比較的柔らかい領域）が接合されることとなる。従って、導電性保持部材の接合による振動への影響が減少し、圧電振動子の振動子特性の劣化が抑制される。
本発明によれば、圧電振動子が小型化した場合においても振動子特性の劣化が抑制される圧電振動子を提供することができる。
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
図１及び図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る圧電振動子１を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
図１に示されるように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１００（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）と、蓋部材２００と、基板３００と、を備える。蓋部材２００及び基板３００は、圧電振動素子１００を収容するための保持器（ケース又はパッケージ）の構成の一部である。
圧電振動素子１００は、圧電基板１１０と、圧電基板１１０の表裏面にそれぞれ設けられた励振電極（Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）１２０，１３０（以下では、「第１励振電極１２０」及び「第２励振電極１３０」ともいう。）と、を含む。
圧電基板１１０は、所定の圧電材料から形成され、その材料は特に限定されるものではない。図１に示される例では、圧電基板１１０は、所定の結晶方位を有する水晶材料から形成されている。圧電基板１１０は、例えば、ＡＴカットされた水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）である。ＡＴカットされた水晶片は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒分回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。図１に示される例では、ＡＴカットされた水晶片である圧電基板１１０は、Ｘ軸に沿って延びる長辺と、Ｚ´軸に沿って延びる短辺と、Ｙ´軸に沿って延びる厚み方向の辺と、を有しており、ＸＺ´面において略矩形状をなしている。ＡＴカットされた水晶片を用いた圧電振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている。また、ＡＴカットされた水晶片を用いた圧電振動素子（すなわち、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ））は、主要振動として厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｅ）を含む。以下、ＡＴカットの軸方向を基準として圧電振動子１の各構成を説明する。
なお、圧電基板は上記構成に限定されるものではなく、例えば、Ｚ´軸に沿って延びる長辺と、Ｘ軸に沿って延びる短辺とを有する矩形状のＡＴカットされた水晶片を適用してもよい。あるいは、主要振動が厚みすべり振動モードを含んでいれば、例えば、ＢＴカットなどのＡＴカット以外のカットの水晶片であってもよい。また、圧電基板の材料は水晶に限定されるものではなく、例えば、ＰＺＴなどの圧電セラミックや酸化亜鉛などのその他の圧電材料を用いてもよい。また、圧電振動素子は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）であってもよく、具体的には、シリコーン基板にＭＥＭＳを形成したＳｉ−ＭＥＭＳを用いてもよい。さらに、圧電振動素子は、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴなどの所定の圧電材料を用いた圧電ＭＥＭＳであってもよい。
第１励振電極１２０は、圧電基板１１０の第１主面１１２に形成され、第２励振電極１３０は、圧電基板１１０の第２主面１１４に形成されている。第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０は、一対の電極であり、ＸＺ´面を平面視した場合に略全体が重なり合うように配置されている。圧電基板１１０は、第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０によって挟まれた励振部分を有する。
圧電基板１１０には、第１励振電極１２０に引出電極１２２を介して電気的に接続された接続電極１２４と、第２励振電極１３０に引出電極１３２を介して電気的に接続された接続電極１３４と、が形成される。具体的には、引出電極１２２は、第１主面１１２において第１励振電極１２０からＸ軸負方向側短辺に向かって引き出され、さらに圧電基板１１０のＺ´軸正方向側の側面を通って、第２主面１１４に形成された接続電極１２４に接続される。他方、引出電極１３２は、第２主面１１４において第２励振電極１３０からＸ軸負方向側短辺に向かって引き出され、第２主面１１４に形成された接続電極１３４に接続される。接続電極１２４，１３４はＸ軸負方向側短辺に沿って配置され、後述する導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００に電気的導通を図るとともに機械的に保持される。なお、接続電極１２４，１３４及び引出電極１２２，１３２の配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更されてもよい。
第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０を含む上記各電極は、例えば、圧電基板１１０の表面に接合力を高めるためクロム（Ｃｒ）層が下地として形成されており、クロム層の表面に金（Ａｕ）層が形成されている。なお、その材料は限定されるものではない。
図２に示されるように、蓋部材２００は、基板３００の第１主面３０２に対向して開口した凹部を有している。蓋部材２００は、開口の全周に亘って、凹部の底面から立ち上がるように形成された側壁部２０２が設けられており、側壁部２０２は、基板３００の第１主面３０２に対向する端面２０４を有している。端面２０４は、接合材２５０を介して基板３００の第１主面３０２と接合される。なお、蓋部材２００は基板３００に接合されたときに圧電振動素子１００を内部空間に収容することができる形状であればよく、その形状は特に限定されるものではない。蓋部材２００の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電性材料で構成されていてもよい。これによれば、蓋部材２００を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。蓋部材２００が金属によって形成される場合、例えば、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）で形成されてもよい。あるいは、蓋部材２００の表面にさらに金（Ａｕ）層などの表面層が形成されてもよい。表面に金層が形成されることにより、蓋部材２００の酸化防止を図ることができる。あるいは、蓋部材２００は、絶縁性材料又は導電性材料及び絶縁性材料の複合構造であってもよい。
図１に戻り、基板３００は、圧電振動素子１００を励振可能に保持するものである。図１に示される例では、圧電振動素子１００が、導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００の第１主面３０２上に励振可能に保持されている。
基板３００は、Ｘ軸に沿って延びる長辺と、Ｚ´軸に沿って延びる短辺と、Ｙ´軸に沿って延びる厚み方向の辺と、を有しており、ＸＺ´面において略矩形状をなしている。基板３００は、例えば単層の絶縁性セラミックで形成されている。別の実施形態として、基板３００は、複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼成することによって形成されてもよい。基板３００は耐熱性材料から構成されることが好ましい。なお、基板３００は、図１に示されるように平板状をなしていてもよく、又は蓋部材２００に対向する向きに開口した凹状をなしていてもよい。
基板３００には、第１主面３０２に接続電極３２０，３２２、コーナー電極３２４，３２６、及び引出電極３２０ａ，３２２ａが形成され、側面に側面電極３３０，３３２，３３４，３３６が形成され、第２主面３０４に外部電極３６０，３６２，３６４，３６６が形成されている。
接続電極３２０，３２２は、基板３００の第１主面３０２上において、Ｘ軸負方向側の短辺に沿ってかつ当該短辺から間隔を空けて形成されている。接続電極３２０は導電性保持部材３４０を介して圧電振動素子１００の接続電極１２４と接続され、接続電極３２２は、導電性保持部材３４２を介して圧電振動素子１００の接続電極１３４と接続される。接続電極３２０，３２２の材料は特に限定されないが、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、及び金（Ａｕ）の積層により構成される。なお、導電性保持部材３４０，３４２の構成の詳細については後述する。
引出電極３２０ａは、接続電極３２０から基板３００の１つの角部に設けられた側面電極３３０に向かって引き出されている。引出電極３２２ａは、接続電極３２２から基板３００における側面電極３３０の対角位置にある角部に設けられた側面電極３３２に向かって、Ｘ軸方向に沿って引き出されている。
本実施形態においては、残りの角部（接続電極３２０，３２２と電気的に接続された引出電極３２０ａ，３２２ａが配置された角部以外の角部）にコーナー電極３２４，３２６が形成されている。コーナー電極３２４，３２６は、第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０のいずれとも電気的に接続されていない電極である。
複数の側面電極３３０，３３２，３３４，３３６は、それぞれ、基板３００の各角部付近の側面に形成されている。また、複数の外部電極３６０，３６２，３６４，３６６は、それぞれ、基板３００の第２主面３０４上の各角部付近に形成されている。具体的には、側面電極３３０及び外部電極３６０はＸ軸負方向及びＺ´軸正方向側の角部に配置され、側面電極３３２及び外部電極３６２はＸ軸正方向及びＺ´軸負方向側の角部に配置され、側面電極３３４及び外部電極３６４はＸ軸正方向及びＺ´軸正方向側の角部に配置され、側面電極３３６及び外部電極３６６はＸ軸負方向及びＺ´軸負方向側の角部に配置されている。
側面電極３３０，３３２，３３４，３３６は、第１主面３０２と第２主面３０４の各電極を電気的に接続するために設けられている。図１に示される例では、基板３００の角部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面をなしており、このような切り欠き側面に側面電極３３０，３３２，３３４，３３６が形成されている。なお、基板３００の角部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよく、又は切り欠きがなく、平面視して四隅が直角である矩形状であってもよい。
外部電極３６０，３６２，３６４，３６６は、実装基板（図示しない）と電気的に接続するための電極である。外部電極３６０，３６２，３６４，３６６は、各々、対応する角部の側面に形成された側面電極３３０，３３２，３３４，３３６に電気的に接続される。これにより、外部電極３６０，３６２，３６４，３６６は、側面電極３３０，３３２，３３４，３３６を介して基板３００の第１主面３０２側の電極に電気的に導通可能となる。
具体的には、複数の外部電極のうち、外部電極３６０は、側面電極３３０、引出電極３２０ａ、接続電極３２０、及び導電性保持部材３４０を介して第１励振電極１２０に電気的に接続され、外部電極３６２は、側面電極３３２、引出電極３２２ａ、接続電極３２２、及び導電性保持部材３４２を介して第２励振電極１３０に電気的に接続される。すなわち、外部電極３６０，３６２は、第１励振電極１２０又は第２励振電極１３０と電気的に接続される入出力端子である。
また、残りの外部電極３６４，３６６は、圧電振動素子１００の第１励振電極１２０又は第２励振電極１３０とは電気的に接続されることがないダミー電極である。外部電極３６４，３６６を形成することにより、全ての角部に外部電極を形成することができるため、圧電振動子１を他の部材に電気的に接続する処理工程が容易となる。なお、外部電極３６４，３６６は、接地電位が供給される接地用電極としての機能を有していてもよい。例えば、蓋部材２００が導電性材料からなる場合、蓋部材２００を接地用電極である外部電極３６４，３６６に電気的に接続することにより、蓋部材２００にシールド機能を付与することができる。
なお、基板３００に形成される接続電極、コーナー電極、引出電極、側面電極、及び外部電極の各構成は上述の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つの入出力端子のみであってもよい。また、側面電極は角部に配置されたものに限らず、角部を除く基板３００のいずれかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、角部を除く当該側面に側面電極を形成してもよい。さらに、コーナー電極３２４，３２６、側面電極３３４，３３６、及び外部電極３６４，３６６は形成しなくてもよい。また、基板３００に第１主面３０２から第２主面３０４へ貫通するスルーホールを形成し、このスルーホールによって第１主面３０２に形成した接続電極から第２主面３０４へ電気的導通を図ってもよい。
接合材２５０は、蓋部材２００及び基板３００のそれぞれの全周に亘って設けられ、蓋部材２００の側壁部２０２の端面２０４と基板３００の第１主面３０２とを接合する。接合材２５０の材料は限定されるものではないが、例えば金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金としてもよい。蓋部材と基板の接合を金属接合とすることにより、蓋部材が導電性材料で構成されている場合、蓋部材と基板との間の電気的導通を図ることができる。また、封止性を向上させることができる。
蓋部材２００及び基板３００の両者が接合材２５０を介して接合されることによって、圧電振動素子１００が、蓋部材２００の凹部と基板３００とによって囲まれた内部空間（キャビティ）に密封封止される。この場合、内部空間の圧力は大気圧力よりも低圧な真空状態であることが好ましく、これにより第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０の酸化による経時変化などが低減される。
上述の構成により、圧電振動子１においては、基板３００の外部電極３６０，３６２を介して、圧電振動素子１００における一対の第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０の間に交番電界が印加される。これにより、厚みすべり振動モードを含む振動モードによって圧電基板１１０が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
次に、図２〜図４を参照しつつ、導電性保持部材３４２を例として、導電性保持部材の構成の詳細について説明する。なお、導電性保持部材３４０については、導電性保持部材３４２と同様であるため詳細な説明は省略する。図３は、導電性保持部材の上面図を模式的に示した図であり、図４は、導電性保持部材の顕微鏡写真である。具体的には、図３は、接続電極３２２上に設けられた導電性保持部材３４２を、基板３００の第１主面３０２の法線方向（Ｙ´軸方向）から平面視（すなわち、ＸＺ´面の平面視）した上面図を模式的に示している。なお、図３において接続電極３２２は説明の都合上、矩形状に示されているが、接続電極の形状はこれに限られない。
導電性保持部材３４２は、例えば、接着剤が熱硬化されて形成されたものである。導電性保持部材３４２は、圧電振動素子１００を励振可能に保持するとともに、圧電振動素子１００に形成された接続電極１３４と基板３００に形成された接続電極３２２とを電気的に導通する。図３に示されるように、導電性保持部材３４２は、例えば、ＸＺ´面の平面視において円形状である。例えば、円形状は、円状又は楕円状を含む。あるいは、導電性保持部材３４２は、ＸＺ´面の平面視において矩形状などのその他の形状であってもよい。図２及び図３に示されるように、導電性保持部材３４２は、接着剤（バインダー）４００と、当該接着剤４００に混入された複数の球状スペーサ４１０（第２フィラー）及び複数の金属粒子４２０（第１フィラー）を含む。なお、接着剤４００は、例えば樹脂を主成分とする。
複数の球状スペーサ４１０の各々は、例えば、弾力性を有するゴム、又は、シリコーン系樹脂などのプラスチック等の樹脂を主成分とする球形状である。例えば、球形状は、球体や楕円体などを含む。本実施形態においては、球状スペーサ４１０は金属により被覆されておらず、表面に樹脂材料が露出している。このような球状スペーサは、金属により被覆された球状スペーサに比べてヤング率の値が小さく、音響インピーダンスが低い。また、球状スペーサ４１０は、金属粒子４２０よりもヤング率の値が小さく、音響インピーダンスが低い。
複数の金属粒子４２０の各々は、複数の金属原子が結合してなる粒子である。複数の金属粒子４２０の材料は特に限定されないが、例えば、銀（Ａｇ）等である。複数の金属粒子４２０が接着剤４００の内部において互いに接触しつつ硬化されることにより、保持部材が導電性を備えることとなる。なお、複数の金属粒子４２０の各々が、接続電極３２２上に配置された複数の球状スペーサ４１０によって形成される隙間に入り込むように、金属粒子４２０の粒子径は、例えば、球状スペーサ４１０によって形成される隙間よりも小さい。
図２に示される例では、複数の球状スペーサ４１０は、例えば、接続電極３２２の表面上に高さ方向（Ｙ´軸方向）に２段積まれている。これにより、圧電振動素子１００が基板３００の第１主面３０２から所定の間隔、すなわち、球状スペーサ４１０の外形寸法（例えば、６μｍ程度）の２段分に相当する間隔（例えば、１０μｍ程度）を空けて保持されることとなる。従って、圧電振動素子１００の第２主面１１４と基板３００の第１主面３０２との距離が一定に保たれ、当該両主面に形成される電極間に発生する寄生容量の大きさを一定に保つことができる。なお、積まれる球状スペーサの段数はこれに限られず、１段であってもよく、３段以上であってもよい。
圧電振動素子１００は、一般的に、励振部分から圧電基板１１０の外縁に近づくにつれて振動が減衰していく。従って、仮に導電性保持部材が一様に硬い場合、圧電振動子の小型化に伴い、圧電振動素子の励振部分に近い部分、具体的には、振動が充分に減衰されていない領域に導電性保持部材が接合され、当該導電性保持部材により振動が阻害され得る。具体的には、例えば、振動が圧電振動素子１００から導電性保持部材を介して基板３００に漏出し得る。
そこで、本実施形態においては、図３に示されるように、基板３００の第１主面３０２の法線方向（Ｙ´軸方向）からの平面視において、球状スペーサ４１０は、導電性保持部材３４２の中央領域Ｒｉｎよりも外周領域Ｒｏｕｔにおいて密状態に配置されている。一方、金属粒子４２０は、導電性保持部材３４２の外周領域Ｒｏｕｔよりも中央領域Ｒｉｎにおいて密状態に配置されている。また、本実施形態においては、導電性保持部材３４２の中央領域Ｒｉｎにおける、金属粒子４２０の容積の球状スペーサ４１０の容積に対する比率Ｈ１が、導電性保持部材３４２の外周領域Ｒｏｕｔにおける、金属粒子４２０の容積の球状スペーサ４１０の容積に対する比率Ｈ２より高くなっている。また、上述の通り、球状スペーサ４１０は金属粒子４２０より柔らかい。これにより、導電性保持部材３４２は、中央領域Ｒｉｎでは硬い金属粒子４２０が密状態となり、外周領域Ｒｏｕｔでは柔らかい球状スペーサ４１０が密状態となるため、中央領域Ｒｉｎに比べ外周領域Ｒｏｕｔの方が柔らかくなる。
図４は、圧電振動素子１００が接合された導電性保持部材３４２から圧電振動素子１００をはがした後、基板３００の第１主面３０２の法線方向（Ｙ´軸方向）から見た顕微鏡写真である。なお、図４においては、球状スペーサ４１０が明確となるように、球状スペーサ４１０が白い円で示されている。また、接続電極３２２は円形状を有している。
図４に示されるように、球状スペーサ４１０は、導電性保持部材３４２における中央領域に比べて外周領域において密状態となっていることが分かる。特に、導電性保持部材３４２の外縁においては、中央領域を取り囲むように球状スペーサ４１０が互いに隣接して配置されている。
上述の構成により、本実施形態においては、圧電振動素子１００の励振部分に近い部分、具体的には振動が充分に減衰していない領域には導電性保持部材３４０，３４２のうち比較的柔らかい外周領域Ｒｏｕｔが接合され、圧電振動素子１００の外縁付近、具体的には振動が減衰している領域には導電性保持部材３４０，３４２のうち比較的硬い中央領域Ｒｉｎが接合されることとなる（図２参照）。これにより、導電性保持部材３４０，３４２は、ヤング率の値が一様な接着剤に比べて、接合が振動子特性に与える影響が小さくなる。
すなわち、導電性保持部材３４０，３４２の外周領域Ｒｏｕｔは比較的柔らかく、音響インピーダンスが低い。従って、圧電振動素子１００の振動が充分に減衰していない領域においては、音響インピーダンスが比較的高い圧電振動素子１００及び基板３００に、音響インピーダンスが比較的低い導電性保持部材３４０，３４２が接合されるため、音響インピーダンスの差を大きくとることができる。これにより、一様に硬い接着剤を用いる場合に比べて、圧電振動素子１００と導電性保持部材３４０，３４２との境界面における反射波が増加し、透過波が減少するため、圧電振動素子１００から導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００に漏出する振動が減少する。従って、導電性保持部材の接合に起因する振動の阻害が軽減され、振動エネルギーの損失成分に相当する等価直列抵抗（ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を低下させることができる。よって圧電振動子の特性の劣化が抑制される。
また、導電性保持部材３４０，３４２を圧電振動素子１００の励振部分に近い部分にも接合することが可能となるため、導電性保持部材３４０，３４２と圧電振動素子１００との接合面積が増大する。従って、圧電振動子が小型化しても、圧電振動子の特性の劣化を抑制しつつ、接合強度を向上させることができる。
また、導電性保持部材３４０，３４２の中央領域Ｒｉｎにおける、金属粒子４２０の容積の球状スペーサ４１０の容積に対する比率Ｈ１が、導電性保持部材３４０，３４２の外周領域Ｒｏｕｔにおける、金属粒子４２０の容積の球状スペーサ４１０の容積に対する比率Ｈ２より高い。また、金属粒子４２０は導電性材料を主成分とし、球状スペーサ４１０は絶縁性材料を主成分とする。従って、当該中央領域Ｒｉｎの単位面積当たりの導電性が向上し、導電性保持部材３４０，３４２の導電性の信頼性が向上する。
また、本実施形態においては、球状スペーサを金属により被覆する必要がないため、球状スペーサが金属により被覆される構成に比べて製造コストが安価となる。
なお、図１に示される例では、圧電振動素子１００は、その一方端が導電性保持部材３４０，３４２により固定されており、その他方端が自由となっているが、圧電振動素子１００はその両端において基板３００に固定されていてもよい。すなわち、接続電極３２０，３２２の一方がＸ軸正方向側に形成され、他方がＸ軸負方向側に形成されるなど、基板３００の第１主面３０２上において互いに異なる側に配置されていてもよい。
また、球状スペーサ４１０及び金属粒子４２０の配置については、上述の構成に限られない。例えば、金属粒子が導電性保持部材内に一様に配置され、球状スペーサが導電性保持部材の外周領域において中央領域より密に配置されていてもよい。
図５は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子の平面図である。図５は、図１に示される圧電振動子１における蓋部材２００及び接合材２５０を省略した図である。
図５に示されるように、本実施形態においては、基板３００の第１主面３０２の法線方向（Ｙ´軸方向）からの平面視において、導電性保持部材３４０，３４２の外周領域Ｒｏｕｔの一部が、圧電振動素子１００の外縁よりも外側に配置されている。これにより、導電性保持部材３４０，３４２においてヤング率の値が比較的大きい中央領域Ｒｉｎが、圧電振動素子１００の外縁付近と接合されることとなる。ここで、当該圧電振動素子１００の外縁付近は、振動が充分に減衰しているため、導電性保持部材３４０，３４２の接合による圧電振動素子１００の振動への影響が少ない。従って、圧電振動子の振動子特性の劣化が抑制される。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。圧電振動子１において、導電性保持部材３４０，３４２は、複数の金属粒子４２０と、当該複数の金属粒子よりヤング率の値が小さい複数の球状スペーサ４１０と、を含み、ＸＺ´面の平面視において、導電性保持部材３４０，３４２の中央領域Ｒｉｎよりも外周領域Ｒｏｕｔにおいて球状スペーサ４１０が密状態に配置される。これにより、圧電振動素子１００の励振部分に近い部分（すなわち、振動が充分に減衰していない領域）には導電性保持部材３４０，３４２のうち中央領域Ｒｉｎに比べて柔らかい外周領域Ｒｏｕｔが接合されることとなる。従って、圧電振動素子１００から導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００に漏出する振動が減少し、圧電振動子１の振動子特性の劣化が抑制される。また、導電性保持部材３４０，３４２と圧電振動素子１００との接合面積が増大するため、接合強度が向上する。
また、圧電振動子１は、導電性保持部材３４０，３４２のＸＺ´面の平面視において、導電性保持部材３４０，３４２の外周領域Ｒｏｕｔよりも中央領域Ｒｉｎにおいて金属粒子４２０が密状態に配置される。これにより、導電性保持部材３４０，３４２の中央領域Ｒｉｎの単位面積当たりの導電性が向上し、導電性の信頼性が向上する。
また、圧電振動子１において、導電性保持部材３４０，３４２の中央領域Ｒｉｎにおける、金属粒子４２０の容積の球状スペーサ４１０の容積に対する比率Ｈ１が、外周領域Ｒｏｕｔにおける、金属粒子４２０の容積の球状スペーサ４１０の容積に対する比率Ｈ２より高い。これにより、圧電振動素子１００の励振部分に近い部分（すなわち、振動が充分に減衰していない領域）には導電性保持部材３４０，３４２のうち中央領域Ｒｉｎに比べて柔らかい外周領域Ｒｏｕｔが接合されることとなる。従って、圧電振動素子１００から導電性保持部材３４０，３４２を介して基板３００に漏出する振動が減少し、圧電振動子１の振動子特性の劣化が抑制される。また、導電性保持部材３４０，３４２と圧電振動素子１００との接合面積が増大するため、接合強度が向上する。また、導電性保持部材３４０，３４２の中央領域Ｒｉｎの単位面積当たりの導電性が向上し、導電性の信頼性が向上する。
また、圧電振動子１においては、ＸＺ´面の平面視において、導電性保持部材３４０，３４２の外周領域Ｒｏｕｔの一部が、圧電振動素子１００の外縁よりも外側に配置されている。これにより、導電性保持部材３４０，３４２においてヤング率の値が比較的大きい中央領域Ｒｉｎが、振動が充分に減衰している圧電振動素子１００の外縁付近と接合されることとなる。従って、導電性保持部材３４０，３４２の接合による圧電振動素子１００の振動への影響が少なく、圧電振動子１の振動子特性の劣化が抑制される。
また、圧電振動子１においては、球状スペーサ４１０の混入により、圧電振動素子１００が基板３００の第１主面３０２から所定の間隔を空けて保持されることとなる。従って、圧電振動素子１００の第２主面１１４と基板３００の第１主面３０２に形成される電極間に発生する寄生容量の大きさを一定に保つことができる。
また、金属粒子４２０の材料は特に限定されないが、例えば銀を主成分としてもよい。
また、球状スペーサ４１０の材料は特に限定されないが、例えばシリコーン系樹脂を主成分としてもよい。
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１ 圧電振動子
１００ 圧電振動素子
１１０ 圧電基板
１２０，１３０ 励振電極
１２２，１３２ 引出電極
１２４，１３４ 接続電極
２００ 蓋部材
２５０ 接合材
３００ 基板
３２０，３２２ 接続電極
３２０ａ，３２２ａ 引出電極
３２４，３２６ コーナー電極
３３０，３３２，３３４，３３６ 側面電極
３４０，３４２ 導電性保持部材
３６０，３６２，３６４，３６６ 外部電極
４００ 接着剤
４１０ 球状スペーサ
４２０ 金属粒子
Ｒｉｎ 中央領域
Ｒｏｕｔ 外周領域
１００ 圧電振動素子
１１０ 圧電基板
１２０，１３０ 励振電極
１２２，１３２ 引出電極
１２４，１３４ 接続電極
２００ 蓋部材
２５０ 接合材
３００ 基板
３２０，３２２ 接続電極
３２０ａ，３２２ａ 引出電極
３２４，３２６ コーナー電極
３３０，３３２，３３４，３３６ 側面電極
３４０，３４２ 導電性保持部材
３６０，３６２，３６４，３６６ 外部電極
４００ 接着剤
４１０ 球状スペーサ
４２０ 金属粒子
Ｒｉｎ 中央領域
Ｒｏｕｔ 外周領域
Claims (6)
- 圧電振動素子と、
対向する第１及び第２主面を有する基板と、
前記圧電振動素子を前記基板の前記第１主面上に励振可能に保持する導電性保持部材と、
を備え、
前記導電性保持部材は、銀を主成分とする第１フィラーと、シリコーン系樹脂を主成分とするとともに前記第１フィラーよりもヤング率の値が小さい第２フィラーと、を含み、前記第１フィラー及び前記第２フィラーは、同一の接着剤中に混入されており、前記第１フィラーは前記第２フィラーよりも小さく、
前記基板の前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記導電性保持部材の中央領域よりも、前記導電性保持部材の外周領域において前記第２フィラーが密状態に配置された、圧電振動子。 - 前記基板の前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記導電性保持部材の外周領域よりも、前記導電性保持部材の中央領域において前記第１フィラーが密状態に配置された、請求項１記載の圧電振動子。
- 圧電振動素子と、
対向する第１及び第２主面を有する基板と、
前記圧電振動素子を前記基板の前記第１主面上に励振可能に保持する導電性保持部材と、
を備え、
前記導電性保持部材は、銀を主成分とする第１フィラーと、シリコーン系樹脂を主成分とするとともに前記第１フィラーよりもヤング率の値が小さい第２フィラーと、を含み、前記第１フィラー及び前記第２フィラーは、同一の接着剤中に混入されており、前記第１フィラーは前記第２フィラーよりも小さく、
前記基板の前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記導電性保持部材の中央領域における前記第１フィラーの容積の前記第２フィラーの容積に対する比率Ｈ１が、前記導電性保持部材の外周領域における前記第１フィラーの容積の前記第２フィラーの容積に対する比率Ｈ２より高い、圧電振動子。 - 前記基板の前記第１主面の法線方向から見た平面視において、前記外周領域の一部が、前記圧電振動素子の外縁よりも外側に配置された、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電振動子。
- 前記第２フィラーは、前記圧電振動素子を前記基板の前記第１主面から所定の間隔を空けて保持する球状スペーサである、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧電振動子。
- 前記基板に接合され、前記基板とで形成される内部空間に前記圧電振動素子を収容する蓋部材をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧電振動子。
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