JPH0897668A - 負荷容量内蔵型圧電共振子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】封止性に優れ、かつ電極との短絡を確実に防止
できる負荷容量内蔵型の圧電共振子を提供する。 【構成】基板上に第１容量電極および２個の外部電極が
形成され、第１容量電極上に一定厚みにペースト状誘電
体層が形成される。誘電体層上に、主要部が誘電体層を
間にして第１容量電極と対向し、一部がそれぞれ外部電
極と導通するように２個の第２容量電極が形成され、第
２容量電極上に共振子素子が取り付けられる。共振子素
子を覆うように基板上にキャップが接着される。誘電体
層は、第１容量電極上だけでなく基板上のキャップ接着
部に相当する部位にも形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は負荷容量内蔵型圧電共振
子、特に表面実装タイプの圧電共振子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、コルピッツ型発振回路に用いられ
る負荷容量内蔵型圧電共振子として、図１に示されるも
のがある。この共振子はアルミナ製基板１を備えてお
り、その上面に第１容量電極２とその両側に２個の外部
電極３とが形成されている。なお、第１容量電極２およ
び外部電極３は基板１の周面に鉢巻き状に形成されてい
る。第１容量電極２上にはペースト状の誘電体４が塗布
され、この誘電体４の上には２個の第２容量電極５が、
その主要部が誘電体４を間にして対向し、かつ一部が外
部電極３と導通するように形成されている。上記誘電体
４を挟んで上下の容量電極２，５で２個のコンデンサが
構成される。第２容量電極５上には共振子素子６が導電
性接着剤などによって取り付けられている。基板１に共
振子素子６を取り付けた後、共振子素子６を覆うように
アルミナ製キャップ７が基板１に接着され、内部が密封
される。図２はその電気回路を示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】表面実装タイプの圧電
共振子の場合、プリント基板への実装時に洗浄処理を行
うため、製品に液密性が必要である。液密性は基板１と
キャップ７とを接着する接着剤８によって確保される
が、図３に示すように基板１の上には所定厚みで電極
２，３が形成されているため、接着面には電極厚みによ
る凹凸が生じ、接着剤８が十分に回りきらず、図４のよ
うな封止不良部９が発生するという問題があった。

【０００４】また、基板１上に印刷等により形成された
電極３は５〜２０μｍ程度の厚みがあり、またキャップ
７自身にも３０μｍ程度のソリがあるため、最大５０μ
ｍ程度の段差ができる。この段差を吸収するため、接着
剤８の塗布量を増やす方法も考えられるが、基板１のス
ルーホール部分１ａや共振子素子６の振動部分に余分の
接着剤８が流れ込み、別の不良要因となるという問題が
ある。また、基板１上のキャップ７を接着する部位に予
め樹脂層を形成する方法もあるが、工程も増え、材料費
や加工費の上昇を招く欠点があった。

【０００５】また、別の方法として、金属製キャップを
使用する例もある。金属製キャップの場合、アルミナ製
キャップに比べて寸法精度は向上するが、キャップ７と
電極３との短絡防止が必要になる。キャップ７と電極３
との間には、絶縁層として接着剤８が介在しているが、
一般に使用されている熱硬化型の接着剤の場合、硬化時
に一旦粘度が低下して流動化するため、接着剤８の膜厚
が減少し、キャップ７と電極３とが短絡する恐れがあっ
た。

【０００６】そこで、本発明の目的は、キャップの材質
に関係なく、封止性に優れ、かつ電極との短絡を確実に
防止できる負荷容量内蔵型の圧電共振子を提供すること
にある。また、他の目的は、上記の圧電共振子を効率よ
く製造できる製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載された発明は、絶縁性材料よりなる
基板と、基板上に形成された第１容量電極および２個の
外部電極と、第１容量電極上に一定厚みに形成されたペ
ースト状誘電体層と、誘電体層上に、主要部が誘電体層
を間にして第１容量電極と対向し、かつ一部がそれぞれ
外部電極と導通するように形成された２個の第２容量電
極と、第２容量電極上に、電極がそれぞれ第２容量電極
と導通するように取り付けられた共振子素子と、共振子
素子を覆うように基板上に接着されたキャップとを備え
た負荷容量内蔵型圧電共振子において、上記誘電体層
は、第１容量電極上とともに、基板上のキャップ接着部
に相当する部位にも形成されていることを特徴とする。

【０００８】また、請求項４に記載された発明は、上記
負荷容量内蔵型圧電共振子を製造する方法であって、絶
縁性材料よりなる基板上に、第１容量電極と２個の外部
電極とを形成する工程と、第１容量電極上およびキャッ
プ接着部に相当する基板上にペース状誘電体層を同時に
塗布する工程と、上記誘電体層の上に２個の第２容量電
極を、その主要部が誘電体層を間にして第１容量電極と
対向し、一部が外部電極とそれぞれ導通するように形成
する工程と、第２容量電極上に、共振子素子をその電極
と第２容量電極とがそれぞれ導通するように取り付ける
工程と、上記共振子素子を覆うキャップを、その開口部
が上記誘電体層のキャップ接着部上に密着するように接
着する工程と、を含むものである。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明の場合、誘電体層が第１
容量電極上だけでなく、キャップ接着部に相当する基板
上にも形成されているので、誘電体層により基板上面の
電極による凹凸やキャップのソリ等による段差を吸収で
き、誘電体層の上面はほぼ平坦化される。そのため、誘
電体層の上にキャップを接着すれば、比較的少量の接着
剤であっても、接着剤がキャップと基板との間に十分に
回り込み、封止不良を解消できる。

【００１０】また、キャップが金属材料で形成されてい
る場合、基板上の電極との短絡を防止する必要がある
が、上記のように電極上には絶縁材料である誘電体層が
形成されているので、接着剤の膜厚が薄くても短絡の心
配がない。誘電体層がガラスベースで構成されている場
合、１０¹¹Ωオーダーの絶縁抵抗を持ち、かつ優れた固
着強度、耐熱性、耐湿性、気密性などを有するので、長
期信頼性に優れている。

【００１１】請求項４に記載の製造方法の場合、誘電体
層は、第１容量電極上だけでなく、キャップ接着部に相
当する基板上にも同時に形成されるので、製造工程を増
加させない。特に、ペースト状誘電体層をパターン印刷
により基板上に塗布する場合、第１容量電極およびキャ
ップ接着部に相当する部分を含むように印刷パターンを
変更するだけで、所望の誘電体層を簡単に形成できる。

【００１２】

【実施例】図５は本発明にかかる負荷容量内蔵型圧電共
振子の一例を示す。この共振子は、コルピッツ型発振回
路に用いられる１個の共振子素子と２個のコンデンサと
を備えたものであり、その電気回路は図２と同様であ
る。

【００１３】基板１０はアルミナセラミックスをシート
成形あるいはタブレット成形した厚み０．３〜０．７ｍ
ｍの薄板であり、この実施例では０．５ｍｍのものを使
用している。基板１０の上面中央部には第１容量電極１
１が形成され、上面両端部には２個の外部電極１２，１
３が形成されている。これら電極１１〜１３は、スパッ
タリング、蒸着、印刷、溶射など公知の方法で形成され
るが、この実施例では、固着強度と半田付け性を考慮
し、Ａｇ／Ｐｄ系焼付けタイプの導電ペーストを５〜２
０μｍの厚みに印刷し、８５０℃／１時間で焼成した。
上記電極１１〜１３の端子部１１ａ〜１３ａは、基板１
０の両側縁部に形成された凹状のスルーホール部１０ａ
まで引き出され、スルーホール部１０ａの内面に形成さ
れた電極と導通している。なお、図５には図示しない
が、基板１０の下面にも上記電極１１〜１３と導通する
帯状電極が鉢巻き状に形成されている。

【００１４】上記基板１０の第１容量電極１１上、およ
び後述するキャップ接着部に相当する部位上には、図６
に示すように、ペースト状の誘電体層１５が一定厚みに
かつ同時に形成されている。誘電体層１５の材料として
は、樹脂ベースやガラスベースがあるが、この実施例で
は絶縁性，耐湿性等を考慮してガラスベースを用いた。
誘電体層１５の形成方法としては、印刷、転写、ディス
ペンスなどがあるが、層の厚みを正確にコントロールで
きるパターン印刷方式を用いた。誘電体層１５の厚み
は、目的とする負荷容量値によって異なるが、電極１１
〜１３による凹凸を緩和し、かつ後述するキャップ２５
と電極１１〜１３との間の十分な絶縁性が確保されるよ
うに、例えば４０μｍ程度とした。印刷後、乾燥処理を
行い、さらに８５０℃／１時間で焼成し、硬化処理を行
った。この実施例の誘電体層１５は、第１容量電極１１
を覆う容量部１５ａとキャップ接着部に対応する枠状の
接着部１５ｂとを連続的に形成し、両端部近傍に外部電
極１２，１３の一部が露出する２個の窓穴１５ｃを形成
したものであるが、図７のように、容量部１５ａと接着
部１５ｂとを分離したものでもよい。この場合には、誘
電体ペーストの使用量を節約できる。

【００１５】上記誘電体層１５の上には、２個の第２容
量電極１６，１７がスパッタリング、蒸着、印刷、溶射
など公知の方法で形成される。この実施例では、電極１
１〜１３と同様に導電ペーストをパターン印刷し、８５
０℃／１時間で焼成した。これら容量電極１６，１７
は、その主要部が容量部１５ａを間にして第１容量電極
１１と対向しており、一部がそれぞれ外部電極１２，１
３と窓穴１５ｃを介して導通する。

【００１６】第２容量電極１６，１７の上には、導電性
接着剤１８のような導電性と接着性の機能を併せ持つ材
料によって共振子素子２０が接着固定されている。この
実施例の共振子素子２０は、公知の厚みすべり振動モー
ド共振子であり、圧電セラミックスまたは圧電単結晶か
らなる圧電基板２１を備える。圧電基板２１の表面の一
端側から約２／３の領域に渡って電極２２が形成され、
裏面の他端側から約２／３の領域に渡って電極２３が形
成されている。両電極２２，２３の一端部は圧電基板２
１を間にしてその中間部位で対向し、振動部を構成して
おり、この振動部は導電性接着剤１８の厚みによって第
２容量電極１６，１７と接触しないように一定の空間が
確保されている。上記電極２２，２３の他端部２２ａ，
２３ａは圧電基板２１の端面を経て他面側まで回り込ん
でいる。上記のように導電性接着剤１８で接着すること
により、共振子素子２０の電極２２，２３はそれぞれ第
２容量電極１６，１７と電気的に導通する。

【００１７】キャップ２５は、上記共振子素子２０を覆
うように基板１０上に接着剤２６によって接着される。
キャップ２５の材料としては、アルミナ等のセラミック
ス、樹脂、金属があるが、この実施例では製品の小型化
と寸法精度を確保するため、金属材料を用いた。製品強
度・接着性が得られれば金属材料の選定は任意である
が、今回は、０．２ｍｍ厚のＡｌ合金（Ａ−５０００
系）をプレス成形したものを使用した。接着剤２６に
は、エポキシ系接着剤を用い、キャップ２５の開口部底
面に転写により塗布した後、誘電体層１５の接着部１５
ｂ上に接着し、硬化させた。

【００１８】以上の方法で圧電共振子を製作し、その封
止性や耐電圧性を従来品と比較した試験結果を以下に示
す。なお、従来品とは、図１に示された構造の圧電共振
子であり、その材質や形状は本発明品と同等のものを使
用した。表１は封止性に関する試験結果であり、フロリ
ナート（商品名）に浸漬し、３０秒間に接着部から泡が
出る個数を測定した。この中で、は２６０℃で３０秒
間を２回繰り返した後、フロリナートに浸漬したもので
あり、は−５５℃から８５℃まで１００回繰り返した
後、フロリナートに浸漬したものであり、はプレッシ
ャクッカテストであり、１２１℃、２気圧で２０時間加
圧した後、フロリナートに浸漬したものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】表２は耐電圧性に関する試験結果であり、
キャップに３ｋｇの押圧荷重をかけ、２００Ｖの電圧を
印加し、キャップと電極間の絶縁抵抗が１０⁸ Ω以下の
場合には不良とした。

【表２】

【００２１】上記試験結果から明らかなように、耐熱性
および熱衝撃においては従来品も本発明品も共に優れて
いるが、プレッシャクッカテストにおいて本発明品が従
来品に比べて優れた性能を有することが分かる。また、
耐電圧性においては、従来品では約半数が不良であった
のに対し、本発明品では不良率は０であり、格段に優れ
た性能を有する。なお、キャップ２５に３ｋｇの押圧荷
重を６０秒間加えた時、本発明品では誘電体層１５のペ
ースト割れを起こしたものは、５０個中全くなかった。

【００２２】なお、図５に示す共振子を実際に製造する
場合には、例えばマザー基板に電極１１〜１３、誘電体
層１５、電極１６，１７などを多素子分同時に形成し、
このマザー基板上に複数の共振子素子２０およびキャッ
プ２５を取り付けた後、マザー基板を１素子分ずつカッ
トして基板１０としてもよい。また、マザー基板に電極
１１〜１３、誘電体層１５、電極１６，１７などを多素
子分同時に形成した後、マザー基板を１素子分ずつカッ
トし、カットされた基板１０に共振子素子２０およびキ
ャップ２５を１個ずつ取り付けてもよい。いずれの方法
でも、量産性よく製造できる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、誘電体層が第１容量電極上だけでなく、キャッ
プ接着部に相当する基板上にも形成されているので、誘
電体層により基板上面の電極による凹凸やキャップのソ
リ等による段差を吸収でき、誘電体層の上面はほぼ平坦
化される。そのため、誘電体層の上にキャップを接着す
れば、比較的少量の接着剤であっても、接着剤がキャッ
プと基板との間に十分に回り込み、封止不良を解消でき
る。また、キャップが金属材料で形成されていても、電
極上には絶縁材料である誘電体層が形成されているの
で、接着剤の膜厚が薄くても短絡の心配がない。また、
本発明の製造方法の場合、誘電体層は、第１容量電極上
だけでなく、キャップ接着部に相当する基板上にも同時
に形成されるので、工程を増加させずに封止性および耐
電圧性に優れた負荷容量内蔵型の圧電共振子を製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の負荷容量内蔵型圧電共振子の分解斜視図
である。

【図２】図１に示された圧電共振子の電気回路図であ
る。

【図３】図１に示された圧電共振子の接着部の断面図で
ある。

【図４】図３のＡ部拡大図である。

【図５】本発明にかかる負荷容量内蔵型圧電共振子の一
例の分解斜視図である。

【図６】図５における誘電体層を形成した基板の平面図
である。

【図７】誘電体層の他のパターン例である。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ 第１容量電極 １２，１３ 外部電極 １５ 誘電体層 １６，１７ 第２容量電極 ２０ 共振子素子 ２５ キャップ ２６ 接着剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁性材料よりなる基板と、 基板上に形成された第１容量電極および２個の外部電極
   と、 第１容量電極上に一定厚みに形成されたペースト状誘電
   体層と、 誘電体層上に、主要部が誘電体層を間にして第１容量電
   極と対向し、かつ一部がそれぞれ外部電極と導通するよ
   うに形成された２個の第２容量電極と、 第２容量電極上に、電極がそれぞれ第２容量電極と導通
   するように取り付けられた共振子素子と、 共振子素子を覆うように基板上に接着されたキャップと
   を備えた負荷容量内蔵型圧電共振子において、 上記誘電体層は、第１容量電極上とともに、基板上のキ
   ャップ接着部に相当する部位にも形成されていることを
   特徴とする負荷容量内蔵型圧電共振子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の負荷容量内蔵型圧電共振
   子において、 上記誘電体層はガラスベースで構成されていることを特
   徴とする負荷容量内蔵型圧電共振子。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の負荷容量内蔵型
   圧電共振子において、 上記キャップは金属材料で構成されていることを特徴と
   する負荷容量内蔵型圧電共振子。
4. 【請求項４】絶縁性材料よりなる基板上に、第１容量電
   極と２個の外部電極とを形成する工程と、 第１容量電極上およびキャップ接着部に相当する基板上
   にペース状誘電体層を同時に形成する工程と、 上記誘電体層の上に２個の第２容量電極を、その主要部
   が誘電体層を間にして第１容量電極と対向し、一部が外
   部電極とそれぞれ導通するように形成する工程と、 第２容量電極上に、共振子素子をその電極と第２容量電
   極とがそれぞれ導通するように取り付ける工程と、 上記共振子素子を覆うキャップを、その開口部が上記誘
   電体層のキャップ接着部上に密着するように接着する工
   程と、を含む負荷容量内蔵型圧電共振子の製造方法。
5. 【請求項５】請求項４に記載の負荷容量内蔵型圧電共振
   子の製造方法において、 上記誘電体層はパターン印刷により形成されることを特
   徴とする製造方法。