CN116134727A - 压电器件 - Google Patents

Abstract

压电器件具备：电子元件，内置有压电元件、安装板和温度传感器；基体，经由安装板来安装压电元件并且安装电子元件；和盖体，通过与基体接合来至少将压电元件以及安装板密闭密封。

Description

压电器件

技术领域

本公开涉及具备压电元件以及电子元件的压电器件。

背景技术

具备压电元件以及电子元件的压电器件正在普及。压电元件根据其频率温度特性，伴随温度变化而振荡频率发生变化。电子元件内置温度传感器，基于通过温度传感器而得到的温度信息，控制压电元件的动作，以使得即使温度变化，振荡频率也一定。作为这种压电器件，例如已知温度补偿型水晶振荡器(以下称作TCXO(Temperature CompensatedCrystal Oscillator)(例如参考日本特开2014-187641号公报)。TCXO具备作为压电元件的水晶振动元件和作为电子元件的IC(Integrated Circuit，集成电路)。

发明内容

本公开所涉及的压电器件具备：电子元件，内置有压电元件、安装板和温度传感器；基体，经由所述安装板来安装所述压电元件并且安装所述电子元件；和盖体，通过与所述基体接合来至少将所述压电元件以及所述安装板密闭密封。

附图说明

图1是表示实施方式1的压电器件的分解立体图。

图2是表示实施方式1的压电器件中的压电元件以及安装板的分解立体图。

图3是表示实施方式1的压电器件的俯视图。

图4是图3中的IV-IV线截面图。

图5是表示比较例的压电器件的分解立体图。

图6是表示比较例的压电器件中压电元件的周围温度从T1变化为T2的情况下的电子元件以及压电元件的温度变化的一例的图表。

图7是表示使比较例的压电器件的周围温度变化的情况下的频率变化的一例的图表。

图8是表示使实施方式1的压电器件的周围温度变化的情况下的频率变化的一例的图表。

图9是表示实施方式2的压电器件的截面图。

图10是表示实施方式3的压电器件的截面图。

图11是表示一般的压电器件的制造方法的第一例的工序图。

图12是表示一般的压电器件的制造方法的第二例的工序图。

图13是表示实施方式1～3的压电器件的制造方法的工序图。

具体实施方式

在一般的压电器件中，由基体和盖体形成密闭空间。在该密闭空间内，压电元件以及电子元件以安装于基体的状态而被收容。在将压电元件安装到基体时，需要用于导电性粘接剂的硬化、特性稳定化的退火等高温处理。因此，如图11所示那样，若先在基体安装电子元件(S11)，接着在基体安装压电元件(S12、S13)，则在压电元件安装时对电子元件实施不需要的高温处理，担心给电子元件的电特性带来影响。若反过来，如图12所示那样，先在基体安装压电元件(S21、S22)，接着在基体安装电子元件(S23)，则担心由于在电子元件安装时尘土附着于压电元件等，导致给压电元件的电特性带来影响。即，有时由于压电元件以及电子元件向基体的安装顺序而损害压电器件的电特性。

压电器件周围的温度变化经由基体等传递到压电元件以及电子元件。电子元件每隔一定时间检测变化的温度，基于该温度信息来控制压电元件的动作。但由于压电元件的温度不一定与电子元件的温度一致，因此有时会损害压电器件的频率稳定性。

因此，本公开的第一目的在于，提供一种能够通过消除压电元件以及电子元件向基体的安装顺序所导致的问题来提升电特性的压电器件。本公开的第二目的在于，提供一种能够通过消除压电元件与电子元件的温度差所导致的问题来提升频率稳定性的压电器件。

根据本公开所涉及的压电器件，通过采用经由安装板来安装压电元件的构造，从而仅对压电元件以及安装板实施压电元件安装时的高温处理，因此能避免在压电元件安装时对电子元件实施不需要的高温处理从而给电子元件的电特性带来影响。此外，由于即使先安装电子元件后安装附带压电元件的安装板，也不会对电子元件实施不需要的高温处理，因此，通过先安装电子元件后安装附带压电元件的安装板，还不会在电子元件安装时引起尘土附着于压电元件等。因而，能消除起因于压电元件以及电子元件向基体的安装顺序的问题，由此能提升压电器件的电特性。

此外，根据本公开所涉及的压电器件，通过采用经由安装板安装压电元件的构造，能使压电器件的周围温度向压电元件传递的时间滞后安装板的量，因此能在压电元件的温度变化比电子元件的温度变化快的情况下缩小两者的温度差。因而，能消除起因于压电元件与电子元件的温度差的问题，由此能提升压电器件的频率稳定性。

以下参考附图来说明用于实施本公开的方式(以下称作“实施方式”)。另外，在本说明书以及附图中，通过对实质相同结构要素使用相同符号，来省略重复说明。附图中描绘的形状由于优先可见性、易记述性，因此不一定与实际的尺寸以及比率一致。

<实施方式1>

首先，基于图1至图4来概略说明本实施方式1的压电器件11的结构。另外，在图1中，将基体50的一部分缺失地示出。

压电器件11具备：压电元件20；安装板30；内置温度传感器41的电子元件40；经由安装板30安装压电元件20且安装电子元件40的基体50；通过与基体50接合来至少将压电元件20以及安装板30密闭密封的盖体70。

此外，在本实施方式1中，采用如下那样的结构。基体50包含：具有安装电子元件40的第一底面51的基板部60；具有经由安装板30来安装压电元件20的第二底面52并且位于第一底面51的周缘的第一框部61；和位于第二底面52的周缘的第二框部62。盖体70通过与第二框部62接合，来将压电元件20、安装板30以及电子元件40密闭密封。

接下来，更详细地说明本实施方式1的压电器件11的结构。

压电元件20在俯视观察下为大致四边形状，是水晶振动元件，具备：具有处于表背关系的上表面21以及下表面22的水晶片27；和从水晶片27的上表面21延伸至下表面22的电极23、24。水晶片27例如含有AT切割板。电极23、24相互绝缘，分别分成激振电极、引出电极、焊盘电极等，从上表面21跨过侧面延伸至下表面22。如此地，压电元件20是厚度滑移振动元件，但也可以取而代之使用音叉型弯曲振动元件或轮廓滑移振动元件。另外，也可以取代水晶振动元件而使用含有陶瓷等的压电元件。压电元件20的平面形状并不限于四边形状，可以是任意的形状，例如可以设为圆形状、椭圆形状或多边形状等。

安装板30在俯视观察下为大致四边形状，具有处于表背关系的第一主面31以及第二主面32，并且例如含有将多片生片层叠以及烧成而得到的层叠陶瓷板。如图2所示那样，压电元件用焊盘33、34位于第一主面31，安装板电极35、36、37、38位于第二主面32。压电元件用焊盘33、34设于与压电元件20的电极23、24对置的位置，通过压电元件用接合材料25、26与电极23、24电连接。压电元件用接合材料25、26例如是加银环氧树脂等导电性粘接剂，在硬化前具有流动性。如图2所示那样，安装板电极35、36、37、38分别位于第二主面32的四角。第一主面31的压电元件用焊盘33、34和第二主面32的安装板电极35、36分别通过内部布线(未图示)电连接。其内部布线例如含有印刷于生片的导体图案或过孔导体。安装板电极37、38与哪里都不电连接，仅是与基体50机械地连接。压电元件用焊盘33、34以及安装板电极35、36、37、38例如含有表面的Au(金)层和其基底的Ni(镍)层。另外，安装板30也可以取代陶瓷板而使用水晶板等。安装板30的平面形状并不限于四边形状，也可以是任意的形状，例如可以设为圆形状、椭圆形状、三角形状、五边形以上的多边形状等。

电子元件40是具有温度传感器41的功能以及压电元件20的振荡电路等功能的IC，并且是连接端子42成为凸块的倒装芯片(FC∶Flip Chip)。该凸块例如含有金或焊料，与电子元件用焊盘53电连接。连接端子42和电子元件用焊盘53被设置相同数量。即，将包含电子元件40的连接端子42的电路形成面朝向第一底面51的电子元件用焊盘53即面朝下地，将电子元件40经由连接端子42安装到基体50。温度传感器41例如是利用了形成于IC内的pn结的正向电压的温度传感器。温度越高，该pn结的正向电压越小。因此，通过在pn结流过一定电流并测定正向电压，能得到电压信息。通过从该电压信息进行换算，能得到电子元件40进而压电元件20的温度信息。另外，电子元件40也可以设为仅含有温度传感器的例如热敏电阻或二极管等。连接端子42的部分也可以取代凸块而使用含有铝或金等的金属丝。

构成基体50的基板部60、第一框部61以及第二框部62例如含有将多片生片层叠以及烧成而得到的层叠陶瓷板。第一框部61在基板部60的周缘上环状地设置，第二框部62在第一框部61的周缘上环状地设置。内部布线(未图示)例如含有印刷于生片的导体图案或过孔导体。在凹部空间63的第一底面51设有电子元件用焊盘53，在第二底面52设有安装板用焊盘55、56、57、58。电子元件用焊盘53以及安装板用焊盘55、56、57、58例如含有表面的Au(金)层和其基底的Ni(镍)层。

安装板用焊盘55、56、57、58设于与安装板30的安装板电极35、36、37、38(图2)对置的位置，通过安装板用接合材料65、66、67、68与安装板电极35、36、37、38电连接。安装板用接合材料65、66、67、68例如是加银环氧树脂等导电性粘接剂，在硬化前具有流动性。在基板部60的四角的突端面分别设有表面安装用的外部端子54。在外部端子54例如有频率控制端子、接地端子、输出端子、电源电压端子等。另外，安装板用焊盘55、56、电子元件用焊盘53以及外部端子54通过内部布线(未图示)相互电连接。安装板用焊盘57、58与哪里都不电连接。另外，安装板用接合材料65、66、67、68也可以取代导电性粘接剂而使用焊料等。

盖体70例如含有可伐合金(Kovar)等金属或陶瓷等，成为矩形形状的平板。此外，盖体70与基体50通过点焊或玻璃密封等接合，将凹部空间63气密密封。

被基板部60、第一框部61以及第二框部62和盖体70包围的空间是凹部空间63。即，凹部空间63形成于基体50，收容压电元件20、安装板30以及电子元件40。

压电器件11成为如下构造：通过在压电元件20、安装板30以及电子元件40搭载于基体50的状态下将基体50和盖体70凭借缝焊或玻璃密封接合，来将压电元件20、安装板30以及电子元件40气密密封在凹部空间63内。如此地，压电器件11是具备压电元件20的表面安装型的水晶振荡器。水晶振荡器由于成为装置的基准时钟信号源，因此，要求比其他电子部品高的可靠性。

接下来，说明压电器件11的组装方法。

(第一工序：图13的S1、S2)如图2所示那样，在安装板30的第一主面31，在压电元件用焊盘33、34涂敷含有导电性粘接剂的压电元件用接合材料25、26。然后，在压电元件用接合材料25、26载置压电元件20的电极23、24，例如在300～350℃的高温中实施10～30分钟的热处理，由此使压电元件用接合材料25、26硬化。这时，压电元件20由于固定成悬臂梁状，因此，使压电元件用接合材料25、26在高温下一口气硬化，以使得压电元件20不会倾斜而与上下的构件接触并固定。由此，将压电元件20安装到安装板30。接着，为了将压电元件20的特性稳定化，对安装了压电元件20的安装板30例如在300～350℃的高温中实施5～15分钟的退火处理。

(第二工序：图13的S3)与第一工序分开地，将电子元件40的连接端子42的形成面朝向凹部空间63的第一底面51，将电子元件用焊盘53与连接端子42的位置对准，将连接端子42按压在电子元件用焊盘53，并且施加热或超声波。由此，在电子元件用焊盘53接合连接端子42。

(第三工序：图13的S4)在第一工序以及第二工序之后，在第二底面52，在安装板用焊盘55、56、57、58涂敷作为导电性粘接剂的安装板用接合材料65、66、67、67。然后，在安装板用接合材料65、66、67、67载置安装板30的安装板电极35、36、37、37(图2)，在室温中或高温中使安装板用接合材料65、66、67、67硬化。这时，由于可以不考虑安装板30的倾斜度等，因此，硬化温度能比第一工序低。

(第四工序)在第三工序之后，将基体50的凹部空间63通过盖体70进行密封。由此，压电器件11完成。

接下来，说明压电器件11的作用以及效果。

首先说明图5所示的比较例。在比较例的压电器件10中，没有实施方式1中的安装板30。即，压电器件10不经由安装板30地将压电元件20直接安装到基体50，除了这点以外，其他都是与实施方式1的压电器件11相同的结构。

(1)在比较例的压电器件10中，在凹部空间63内电子元件40位于比压电元件20深的部分的构造上，需要比压电元件20先安装电子元件40(图11)。因此，在将电子元件40安装到基体50后(图11的S11)，将压电元件20安装到基体50(图11的S12)，对压电元件20实施高温处理(图11的S13)。这时，担心在压电元件20安装时对电子元件40施加不需要的高温处理，给电子元件40的电特性带来影响。

与此相对地，根据本实施方式1的压电器件11，通过采用经由安装板30安装压电元件20的构造，能仅对压电元件20以及安装板30实施压电元件20安装时的高温处理(图13的S1、S2)，因此，能避免在压电元件20安装时对电子元件40实施不需要的高温处理从而给电子元件40的电特性带来影响。因而，能消除起因于压电元件20以及电子元件40向基体50的安装顺序的问题，由此能提升压电器件11的电特性。

(2)也可以，将从基体50传递到电子元件40的热的热时间常数设为τs(图6)，将从基体50经由安装板30传递到压电元件20的热的热时间常数设为τx1，在不经由安装板30地将压电元件20直接安装到基体50的情况下(参考图5的比较例)，在将从基体50传递到压电元件20的热的热时间常数设为τx2(图6)时，|τs-τx1|＜|τs-τx2|成立。

热时间常数可以设为在压电器件11的周围温度从T1变化为T2时电子元件40以及压电元件20分别从T1达到{T1+(T2-T1)×0.632}为止的时间。

在该情况下，如图6所示那样，在比较例的压电器件10中，压电元件20的热时间常数τx2变得比电子元件40的热时间常数τs小很多。因此，如图7所示那样，在使压电器件10的周围温度升温(-40℃→85℃)变化时和降温(85℃→-40℃)时，在频率变化(df/f0)中产生偏离。

与此相对地，根据本实施方式1的压电器件11，通过采用经由安装板30安装压电元件20的构造，能增大压电元件20的热时间常数τx1来使其接近于电子元件40的热时间常数τs。因此，如图8所示那样，在使压电器件11的周围温度升温(-40℃→85℃)变化时和降温(85℃→-40℃)时，频率变化(df/f0)的偏离变得比图7小。

如以上那样，根据本实施方式1的压电器件11，通过采用经由安装板30安装压电元件20的构造，能使压电器件11的周围温度传递到压电元件20的时间延迟安装板30的量，因此能在压电元件20的温度变化比电子元件40的温度变化快的情况下缩小两者的温度差。因而，能消除起因于压电元件20与电子元件40的温度差的问题，由此能提升压电器件11的频率稳定性。另外，为了得到压电元件20的实际的温度，例如存在利用热电偶进行测定的方法，或者，在基体50或盖体70开微小的孔来利用辐射温度计进行测定的方法，或者，利用计算机模拟进行计算的方法。

(3)也可以在俯视观察下，压电元件20和电子元件40被配置为夹着安装板30重叠。在该情况下，由于能缩小压电器件11的占有面积，因此，能达成小型化。除此以外，通过压电元件20的电极23、24覆盖电子元件40，能减少加在电子元件40的信号的噪音。

(4)也可以在俯视观察下，安装板30是与压电元件20相等的大小或将压电元件20包含在内的大小。在该情况下，由于安装板30的热容量变大，或者安装板30作为来自基体50的辐射热的遮蔽板发挥功能，因此，能更加增大压电元件20的热时间常数τx1。

(5)也可以，安装板30含有与基体50相同的材料(例如陶瓷)。在该情况下，由于安装板30与基体50的热膨胀率相同，因此，能减少由于温度变化而在安装板30以及基体50产生的应变。

<实施方式2>

如图9所示那样，本实施方式2的压电器件12的基体150的构造与实施方式1不同。基体150包含：基板部160，具有处于表背关系的内表面151以及外表面152，将压电元件20经由安装板30安装于内表面151，并且将电子元件40安装于内表面151；和框部161，位于内表面151的周缘。并且，盖体170通过与框部161接合，来将压电元件20、安装板30以及电子元件40密闭密封。

被基板部160、框部161和盖体170包围的空间是凹部空间163。在本实施方式2中，基体150是凹状，盖体170是平板状，但也可以与此相反，设为基体150是平板状，盖体170是凹状。

在本实施方式2的压电器件12中，由于压电元件20以及电子元件40位于凹部空间163内的同一平面即内表面151，因此，与实施方式1不同，既能先安装压电元件20(图12)，也能先安装电子元件40(图11)。但即使先安装电子元件40(图13的S3)后安装附带压电元件20的安装板30(图13的S4)，也由于不对电子元件30实施不需要的高温处理，因此，通过先安装电子元件40(图13的S3)后安装附带压电元件20的安装板30(图13的S4)，在电子元件40安装时(图13的S3)，也不会引起尘土附着于压电元件20等。

此外，压电元件20以及电子元件40由于经过相同的基板部160引起热传导，因此，能使压电元件20以及电子元件40的热时间常数更接近。本实施方式2的其他结构、作用以及效果与实施方式1的这些同样。

<实施方式3>

如图10所示那样，本实施方式3的压电器件13的基体250的构造与实施方式1不同。基体250包含：基板部260，具有处于表背关系的内表面251以及外表面252，将压电元件20经由安装板30安装于内表面251，并且将电子元件40安装于外表面252；第一框部261，位于外表面252的周缘；和第二框部262，位于内表面251的周缘。并且，盖体270通过与第二框部262接合，来将压电元件20以及安装板30密闭密封。

被基板部260、第二框部262和盖体270包围的空间是凹部空间263。在本实施方式3中，第二框部262位于基体250侧，但第二框部262也可以位于盖体170侧。换言之，盖体270是平板状，但也可以设为凹状。

在本实施方式3的压电器件13中，由于压电元件20位于基板部260的内表面251，电子元件40位于外表面252，因此，与实施方式1不同，既能先安装压电元件20(图12)，也能先安装电子元件40(图11)。但即使先安装电子元件40(图13的S3)后安装附带压电元件20的安装板30(图13的S4)，也不会对电子元件30施加不需要的高温处理，因此，通过先安装电子元件40(图13的S3)后安装附带压电元件20的安装板30(图13的S4)，在电子元件40安装时(图13的S3)，不会引起尘土附着于压电元件20。本实施方式3的其他结构、作用以及效果与实施方式1的这些同样。

<其他>

以上那样构成的压电器件通过凭借钎焊、Au凸块或导电性粘接剂等将外部端子的底面固定于印刷基板，来安装在构成电子设备的印刷基板的表面。并且，压电器件例如能在个人计算机、时钟、游戏机、通信机或导航系统等车载设备等的种种电子设备中用作振荡源。这样的压电器件由于能缩小通过换算从温度传感器输出的电压而得到的温度与压电元件的实际的周围温度的差，由此使得易于通过电子设备的IC进行修正，因此，能输出稳定的振荡频率。因而，具有上述实施方式的压电器件的电子设备能以高可靠性进行正确的动作。

以上，参考上述各实施方式说明了本公开，但本公开并不限定于上述各实施方式。关于本公开的结构的详细，能加入本领域技术人员能理解的各种变更。此外，在本公开中包含将上述各实施方式的结构的一部分或全部相互适宜组合而得到的方案。

本申请主张以在2020年7月29日申请的日本申请特愿2020-128278为基础的优先权，将其公开全都引入于此。

Claims (9)

1.一种压电器件，具备：

电子元件，内置有压电元件、安装板和温度传感器；

基体，经由所述安装板来安装所述压电元件，并且安装所述电子元件；和

盖体，通过与所述基体接合来至少将所述压电元件以及所述安装板密闭密封。

2.根据权利要求1所述的压电器件，其中，

所述基体包含：

基板部，具有安装所述电子元件的第一底面；

第一框部，具有将所述压电元件经由所述安装板而安装的第二底面，并且位于所述第一底面的周缘；和

第二框部，位于所述第二底面的周缘，

所述盖体设为通过与所述第二框部接合来将所述压电元件、所述安装板以及所述电子元件密闭密封的结构。

3.根据权利要求1所述的压电器件，其中，

所述基体包含：

基板部，具有处于表背关系的内表面以及外表面，将所述压电元件经由所述安装板来安装于所述内表面，并且将所述电子元件安装于所述内表面；和

框部，位于所述内表面的周缘，

所述盖体设为通过与所述框部接合来将所述压电元件、所述安装板以及所述电子元件密闭密封的结构。

4.根据权利要求1所述的压电器件，其中，

所述基体包含：

基板部，具有处于表背关系的内表面以及外表面，将所述压电元件经由所述安装板来安装于所述内表面，并且将所述电子元件安装于所述外表面；

第一框部，位于所述外表面的周缘；和

第二框部，位于所述内表面的周缘，

所述盖体设为通过与所述第二框部接合来将所述压电元件以及所述安装板密闭密封的结构。

5.根据权利要求2或4所述的压电器件，其中，

所述压电器件被配置为俯视观察下所述压电元件和所述电子元件夹着所述安装板重叠而成。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电器件，其中，

俯视观察下，所述安装板设为与所述压电元件相等的大小或将所述压电元件包含在内的大小。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的压电器件，其中，

所述安装板含有与所述基体相同的材料。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的压电器件，其中，

在将从所述基体传递到所述电子元件的热的热时间常数设为τs、

将从所述基体经由所述安装板传递到所述压电元件的热的热时间常数设为τx1、

将在不经由所述安装板地将所述压电元件直接安装于所述基体的情况下从所述基体传递到所述压电元件的热的热时间常数设为τx2时，

具备|τs-τx1|＜|τs-τx2|的关系。

9.根据权利要求8所述的压电器件，其中，

将所述热时间常数设为，在所述压电器件的周围温度从T1变化为T2时所述电子元件以及所述压电元件分别从T1达到{T1+(T2-T1)×0632}的时间。

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