JP2000332572A

JP2000332572A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2000332572A
Application number: JP11144162A
Authority: JP
Inventors: Koichi Iwata; 浩一岩田
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】殊に超薄肉部を備えた圧電振動板を容器内に
収納した圧電デバイスにおいて、接着剤が圧電振動子の
諸特性に及ぼす影響を小さくし、且つ、ワイヤボンデイ
ングによる接続を行うに好適な圧電デバイスの構造を提
供する。【解決手段】容器底部に入出力ランド３７とそれに隣
接した台座４０とを形成し、圧電振動板２９の下面と入
出力ランド３７とを、シリコーン系導電性接着剤４６に
よって電気的導通を図りつつ固着することによって、圧
電振動板２９の上面をワイヤボンデイングによって接続
する際に、前記導電性接着剤４６を弾性変形させること
によって、圧電振動板２９の下面と台座４０とを当接さ
せながらワイヤボンデイングを行い得る構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電デバイスに関
し、殊に超薄肉部を備えた圧電デバイスに好適な構造と
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器や伝送通信機器にお
ける情報量の増大と処理速度の高速化に伴って、それら
の機器に用いる基準周波数信号源として機能する圧電振
動子に対して、高周波化の要望がますます高まってい
る。このような技術背景の中、図５に図示した圧電素子
が開発され、実用化するに至っている。この圧電素子
は、ＡＴカット水晶板の厚みすべり振動を利用した圧電
振動子であって、その共振周波数が板厚と反比例するこ
とから、機械的強度を保ちつつ、高周波化を図る為に、
圧電振動板１の一方の主面をエッチングによって凹陥せ
しめ、該凹陥部の超薄肉部分を振動部２とするととも
に、振動部２の周囲を支持する厚肉の環状囲繞部３を一
体的に形成する。更に、圧電振動板１の他方の主面上に
は部分電極４と、これより延出するリード電極５及びパ
ッド電極６をマスク蒸着、又はフォトリソグラフィ等に
より形成すると共に、上記一方の主面の全面に全面電極
７を形成したものである。この圧電振動子は、数１００
ＭＨｚ以上もの基本波振動を可能としたものであり、ま
た、その製造方法についても、大型の水晶板に複数の圧
電素子をフォトリソグラフィにより一括形成した後で各
素子に切り分ける、所謂バッチ処理の手法によって製造
することができる特徴がある。従来、このような圧電振
動子を、以下に説明する手法によって容器内に収納して
いた。

【０００３】図６（ａ）は超薄肉部を備えた圧電振動子
を容器内に収納した従来の圧電デバイスの内部構造を図
示した斜視図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’部の断面構造図
である。図中８は、前述の超薄肉部を備えた圧電振動子
であって、該圧電振動子８を収納する容器９は、第一の
入出力用ランド１０をメタライズによって形成したセラ
ミック製の基板１１上に、容器側壁を形成する第一枠板
１２と第２の入出力ランド１３を形成するための棚１４
とを一体化して積層し、その上に容器側壁を形成する第
二枠板１５を積層し、更にその上に金属製のシームリン
グ１６を固着する。前記容器９底部に形成する第一の入
出力ランド１０上に圧電振動子８を、ポリイミド系導電
性接着剤１７によって電気的に接続するとともに固着
し、前記圧電振動子８の上面に形成するパッド電極１８
と、第二の入出力ランド１３とをワイヤ１９によって電
気的に接続する。更に該容器の開口部を金属製の上蓋２
０によって封止し、該容器内部を気密状態にする。

【０００４】上述構造において、ワイヤ接続点の下部近
傍に位置する導電性接着剤の特性として、ワイヤボンデ
イングを行った際に、その垂直方向への圧力に耐えられ
るように、硬質であることが要求される。したがって、
硬質で且つ接着力が強い特徴を備えたポリイミド樹脂を
バインダーとしたポリイミド系導電性接着剤が用いられ
ていた。

【０００５】しかしながら、ポリイミド系導電性接着剤
を圧電素子の固着に利用した場合、該接着剤を乾燥硬化
させる時に該接着剤が収縮硬化してしまうため、圧電振
動子の固着箇所に内部応力を発生させる原因となってし
まう。殊に超薄肉部を有する前述の圧電素子において
は、この内部応力が振動部に与える影響が大きいために
温度特性が大きく劣化してしまうこと、また、リフロー
工程などの極端な温度変化を与えた場合には、内部応力
が変化してしまうために共振周波数が変化してしまうこ
となど、製品の特性が著しく劣化する欠点があった。

【０００６】このような欠点を解決すべく、図７の如き
ワイヤボンデイングを用いない構造の圧電振動子が案出
された。図７（ａ）はその横断面図であり、（ｂ）は縦
断面図である。図中２１は圧電振動子であり、該圧電振
動子２１の上面に形成した全面電極２２から端面２３を
経て素子下部電極２４に延出し、又圧電振動板２１の下
面に形成した電極２５から振動子端縁に延出する電極２
６を形成し、前記電極２４と電極２６とを、容器底部に
設けた一対の入出力メタライズ電極２７，２７’に、導
電性接着剤２８，２８’によって夫々電気的に接続する
とともに固着している。

【０００７】このような構造は、矩形水晶板を用いた表
面実装型水晶振動子において、一般的に用いられている
手法であり、また、導電性接着剤の種類としては、シリ
コーン樹脂をバインダーとしたシリコーン系導電性接着
剤が用いられている。シリコーン系導電性接着剤は、接
着剤の硬化時に圧電素子に及ぼす応力が小さく、また、
外部から圧電素子に伝わる衝撃を吸収することができる
ことから、温度特性などの特性への影響を小さくするこ
とが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】超薄肉部分を備えた圧
電素子は、大型の水晶板に複数の圧電素子をフォトリソ
グラフィにより一括形成した後で各素子に切り分ける、
所謂バッチ処理による生産が可能であることを先に述べ
た。しかしながら、上記従来例においては、圧電素子の
端面２３の電極部を、各素子に分割した後に蒸着等の手
段を用いて個々に形成する必要が生じてしまうため、そ
の生産性を著しく損ねてしまう欠点があった。

【０００９】また、高周波帯においては、表皮効果や導
電性接着剤の構造に起因して抵抗損失が大きくなってし
まうこと、更に、接着剤を二箇所に使用しなければなら
ないこと等の理由によって、圧電振動子の等価抵抗が大
きいものとなってしまうため、抵抗損失を低減すること
が困難であった。

【００１０】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、圧電素子を容器内に収納する構造が圧電素子に
及ぼす影響を小さくするとともに、高周波において抵抗
損失が小さいワイヤボンデイングによる接続手段を可能
とし、良好な温度特性を備え、急激な温度変化に伴う共
振周波数の変化量が小さく、且つ高周波帯において抵抗
損失が小さい圧電デバイスの構造を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するためになされたものであり、請求項１の発明は，
圧電素子を容器に収納した圧電デバイスにおいて、少な
くとも前記容器の内側の底部に、信号を入出力するため
の第一の入出力ランドと、該第一の入出力ランドに隣接
する台座とを形成し、更に，信号を入出力するための第
二の入出力ランドを前記容器内部に形成しており、前記
圧電素子の下面を、前記台座との間に僅かな空隙を設け
るか、或いは当接するよう、軟質の導電性接着剤によっ
て前記第一の入出力ランドに電気的に接続しつつ固着
し、前記圧電素子の上面を、ワイヤボンデイングによっ
て前記第二の入出力ランドに電気的に接続したことを特
徴とする。

【００１２】請求項２の発明は，前記軟質の導電性接着
剤がシリコーン系導電性接着剤であることを特徴とす
る。

【００１３】請求項３の発明は，前記圧電素子が、圧電
振動板の一方面或いは両面をエッチングによって凹陥せ
しめ、該凹陥部の超薄肉部分を振動部とするとともに、
該振動部の周囲を支持する厚肉の環状囲繞部を一体的に
形成した圧電振動子であることを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は，前記圧電素子が、圧電
振動板の一方面或いは両面をエッチングによって凹陥せ
しめ、該凹陥部の超薄肉部分を振動部とするとともに、
該振動部の周囲を支持する厚肉の環状囲繞部を一体的に
形成した２重モードフィルタであることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態例に基づ
いて本発明を詳細に説明する。図１（ａ）は超薄肉部を
備えた圧電振動子を容器内に収納した本発明の圧電デバ
イスの内部構造を図示した斜視図であり、（ｂ）はＡ−
Ａ’部の断面構造図である。又、図２は、圧電振動子を
収納するための容器を図示した斜視図である。図中２９
は、ＡＴカット水晶板の厚みすべり振動を利用した圧電
素子であって、その共振周波数が板厚と反比例すること
から、機械的強度を保ちつつ、高周波化を図る為に、水
晶板の一方の主面をエッチングによって凹陥せしめ、該
凹陥部の超薄肉部分を振動部３０の周囲を支持する厚肉
の環状囲繞部３１を一体的に形成し、該圧電振動板２９
の主面上には部分電極３２と、該部分電極３２から振動
子端縁に向かって延出するリード電極３３及びパッド電
極３４をマスク蒸着、又はフォトリソグラフィ等により
形成し、上記一方の主面の全面に全面電極３５を形成す
る。

【００１６】該圧電振動子２９を収納する容器３６は、
メタライズによって形成する第一の入出力用ランド３７
を備えたセラミック製の基板３８上に、容器側壁を形成
する第一枠板３９と台座４０とを一体化して積層し、そ
の上に容器側壁を形成する第二枠板４１と第二の入出力
ランド４２を形成する棚４３とを一体化して積層し、そ
の上に容器側壁を形成する第三枠板４４を積層し、更に
その上に金属製のシームリング４５を固着する。該容器
３６底部の第一の入出力ランド３７上に圧電振動子２９
を、台座４０と圧電振動子２９との間に僅かに空隙が存
在するようシリコーン系導電性接着剤４６を介して電気
的に接続するとともに固着し、前記圧電振動子２９の上
面に形成するパッド電極３４と、第二の入出力ランド４
２とをワイヤ４７によって電気的に接続する。更に該容
器の開口部のシームリング４５と金属製のリッド４８と
を溶接し、該容器内部を気密状態にする。なお、前記第
一及び第二の入出力用ランドは、図示していないが容器
側壁を貫通し容器底部に形成する外部電極に夫々延出す
る。

【００１７】次に、上記構成の圧電振動子を製造する工
程の内、ワイヤボンデイング工程において、台座４０と
導電性接着剤４６の作用について説明する。図３（ａ）
は、容器に圧電素子を導電性接着剤で固着した後の状
態、同図（ｂ）は、ワイヤボンデイング中の状態を図示
している。圧電振動子２９は、同図（ａ）に図示するよ
うに、基板からの高さが台座よりも僅かに高い位置に配
置するよう、シリコーン系接着剤によって固着する。こ
の状態において、圧電素子上方からワイヤボンダのキャ
ピラリ４９が押下した際、その圧力によってシリコーン
系導電性接着剤４が弾性変形し、同図（ｂ）に図示する
ように圧電素子が台座７に当接する。圧電素子と台座が
当接することによって、圧電素子に過大な力が加わるこ
とを防止しつつワイヤボンデイングに必要な荷重を圧電
素子とキャピラリ間に与えることができるので、従来の
ように導電性接着剤に過大な荷重が加わり、その結果，
導電性が破壊されることを防ぐことができる。ワイヤボ
ンデイングが終了すれば、弾性変形した導電性接着剤が
弾性変形前の状態に復元し、台座と圧電振動子が離れ
る。

【００１８】以上説明した構成と作用によれば、シリコ
ーン系導電性接着剤の軟質で且つ弾性がある作用によっ
て、接着剤が圧電振動板に及ぼす内部応力が小さく、圧
電振動子の温度特性が良好なものとなり、またリフロー
等の温度衝撃に対しても周波数量が従来に比べて大幅に
小さくすることができる。また、シリコーン系導電性接
着剤が弾性変形し、圧電振動板が台座に当接することに
よって、高周波帯において抵抗損失が小さいワイヤ接続
を可能としたので、高周波帯においても抵抗損失の小さ
い圧電振動子を得ることができる。

【００１９】尚、上記実施形態例では、台座から圧電素
子に及ぼす応力が減ずるよう、台座４０と圧電素子２９
との間に僅かな空隙を設け、非接触とする構造とした
が、要はボンデイングができればよいのであるから、台
座から圧電素子に及ぼす応力が問題とならない範囲にお
いては、台座４０と圧電素子２９とを当接させた状態で
固着してもよい。

【００２０】また、他の実施形態例として、図４に図示
するように、容器底部の一辺の全てにわたって台座４９
を設けてもよい。また、台座は、容器側壁を形成する枠
板と一体に形成することが可能であるが、枠板とは別に
して、台座が基板上に突出するよう形成しても良いこと
は自明である。更に、実施形態例においては、圧電デバ
イスの圧電素子として、ＡＴカット水晶板を圧電材料と
した超薄肉部を備えた圧電振動子について説明したが、
本発明はこれに限定されることはなく、超薄肉部を備え
た２重モードフィルタや、その他の水晶板から製造され
る一般的な水晶振動子及びフィルタ、或いは他の圧電材
料を用いた圧電振動子やフィルタなど、圧電デバイス全
般にわたって適用することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至４の
発明において、軟質の導電性接着剤を用いたことによっ
て、導電性接着剤が圧電素子に及ぼす応力を小さくする
とともに、更にこの軟質の導電性接着剤を用いながら
も、容器内に設けた台座及び軟質の導電性接着剤の作用
によって高周波において抵抗損失の小さいワイヤボンデ
イングによるワイヤ接続を可能とした。これらの作用を
兼ね備えたことによって本発明は、良好な温度特性を備
え、急激な温度変化に伴う共振周波数の変化量が小さ
く、且つ高周波帯において抵抗損失が小さい圧電デバイ
スを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は超薄肉部を備えた圧電振動子を容器内
に収納した本発明の圧電デバイスの内部構造を図示した
斜視図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’部の断面構造図であ
る。

【図２】圧電振動子を収納するための容器を図示した斜
視図である。

【図３】（ａ）は、容器に圧電素子を導電性接着剤で固
着した後の状態、（ｂ）はワイヤボンデイング中の状態
を示す図である。

【図４】他の実施形態例を示す容器。

【図５】超薄肉部を備えた圧電素子。

【図６】（ａ）は超薄肉部を備えた圧電振動子を容器内
に収納した従来の圧電デバイスの内部構造を図示した斜
視図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’部の断面構造図である。

【図７】（ａ）は第二の従来例の横断面図であり、
（ｂ）はその縦断面図である。

【符号の説明】

２９圧電振動子、３０振動部、３１環状囲繞部、
３２部分電極、３３リード電極、３４パッド電極、
３５全面電極、３６容器、３７第一の入出力用ラ
ンド、３８基板、３９第一枠板、４０，５０台
座、４１第二枠板、４２第二の入出力ランド、４３
棚、４４第三枠板、４５シームリング、４６導
電性接着剤、４７ワイヤ、４８リッド、４９キャ
ピラリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子を容器に収納した圧電デバイスに
おいて、少なくとも前記容器の内側の底部に、信号を入
出力するための第一の入出力ランドと、該第一の入出力
ランドに隣接する台座とを形成し、更に、信号を入出力
するための第二の入出力ランドを前記容器内部に形成し
ており、前記圧電素子の下面を、前記台座との間に僅か
な空隙を設けるか、或いは当接するよう、軟質の導電性
接着剤によって前記第一の入出力ランドに電気的に接続
しつつ固着し、前記圧電素子の上面を、ワイヤボンデイ
ングによって前記第二の入出力ランドに電気的に接続し
たことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】前記軟質の導電性接着剤がシリコーン系導
電性接着剤であることを特徴とする請求項１記載の圧電
デバイス。
【請求項３】前記圧電素子が、圧電振動板の一方面或い
は両面をエッチングによって凹陥せしめ、該凹陥部の超
薄肉部分を振動部とするとともに、該振動部の周囲を支
持する厚肉の環状囲繞部を一体的に形成した圧電振動子
であることを特徴とする請求項１乃至２記載の圧電デバ
イス。
【請求項４】前記圧電素子が、圧電振動板の一方面或い
は両面をエッチングによって凹陥せしめ、該凹陥部の超
薄肉部分を振動部とするとともに、該振動部の周囲を支
持する厚肉の環状囲繞部を一体的に形成した２重モード
フィルタであることを特徴とする請求項１乃至２記載の
圧電デバイス。