JP2002203739A - コンデンサ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誘電体基板を薄板化しても厚膜印刷法で反りが
ないコンデンサ素子を提供する。 【解決手段】矩形状の誘電体基板１０の一方主面に、そ
の両側から中央に伸びる２つの入力電極２及び出力電極
２が形成されると共に、誘電体基板１０の他方主面の中
央付近に接地電極４を形成してなり、各入出力電極２，
２と接地電極４との対向部分で誘電体基板１０を介して
容量成分を形成するコンデンサ素子１において、入出力
電極２，２と接地電極４とを導電ペーストの印刷焼付け
により形成すると共に、入力電極２と出力電極２とを合
わせた面積が接地電極４の面積と略同一となるように形
成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体基板を介し
て入力電極及び出力電極と、接地電極とにより２つの容
量成分を形成してなるコンデンサ素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】通信機器や各種電子機器では急速な小型
化が追求されている。これら機器にはマイクロコンピュ
ータが組み込まれており、水晶や圧電セラミックからな
る圧電共振子が用いられてクロック発振回路が形成され
ている。クロック発振回路は通常、図３に示す等価回路
の形で使用される。すなわち、水晶やセラミックの圧電
素子Ｒの両端と接地電位との間に２つの負荷容量成分Ｃ
₁、Ｃ₂が接続され、さらに、圧電共振子５１の両端子間
に帰還抵抗ｒ、インバータＩがそれぞれ接続されたもの
である。

【０００３】そして、近年、図３のカッコに示すように
圧電素子Ｒと、誘電体基板上に２つの容量成分Ｃ１、Ｃ
２を形成したコンデンサ素子とを組み合わせて積層体と
したものを樹脂ケースに組み込んで表面実装型としたも
のが実用化されている。（特願平１１−２１８０６５） 上述の樹脂ケースにはインバータの入出力に接続される
2つの入出力電極と、接地電極とが一体成型で形成され
ており、コンデンサ素子底面の電極とこれらの樹脂ケー
スの端子電極を導電接着剤などで接続している。ここで
上記のコンデンサ素子と圧電素子の積層体について、圧
電素子は通常厚み縦振動や厚みすべりの振動モードを利
用しており、その共振周波数は厚みで決まるものであ
る。これに対しコンデンサ素子はその容量値が確保でき
れば厚みはとくに問題にならないものである。

【０００４】このような積層体は図2に示すように、コ
ンデンサ素子１の両端と圧電素子５の両端だけで接合さ
れている。圧電素子５の中央よりの部分は圧電振動を妨
げないように若干のギャップを空けている。実際には圧
電素子５が数10個切り出せる圧電基板と、等大の誘電体
基板に、所定の電極パターンを形成し、基板上の各素子
の両端部に相当する位置に樹脂系接着剤や、導電性接着
剤を塗布して張り合わせる。

【０００５】張り合わせたものは図7の2点鎖線で示す線
に沿ってダイシングマシンで個別の素子に切り出して得
られる。切断面には圧電素子やコンデンサ素子の表面に
形成された電極膜が露出しており、端面で導電性接着剤
を塗布・硬化することで電気的な接続がとられている。
積層体下面には両端に入出力電極、中央部に接地電極が
形成される。

【０００６】ここで冒頭示したように、圧電共振子は小
型低背化することが要求されている。従来製品の高さが
最高１．２ｍｍという要求だったものが、近年では１．
０ｍｍやそれ以下の大きさが強く求められている。これ
にともない上記積層体の形状は、たとえば高さ０．５ｍ
ｍ以下といった微細な形状を要求せられている。この要
求に答えるためには部材厚みを小さくする努力が続けら
れている。

【０００７】ここで圧電素子とコンデンサ素子の積層体
の低背化を達成するためには誘電体基板の厚みを抑える
ことが重要である。即ち、圧電素子の厚みは共振周波数
により決定されており変更がきかないため誘電体基板の
厚みを抑えるしかない。

【０００８】従って、従来から誘電体基板は２００μを
用いていたものを、５０〜１００μとすることで、１０
０〜１５０μの低背化を達成できることができる。この
厚み低減は、上記積層体の厚みを低減する有力な方法で
あることが理解できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような薄型化した
誘電体基板を量産する方法としては、所定厚みの誘電体
基板にスパッタや、蒸着法を使った薄膜電極を形成する
方法が一般的に使われている。しかしこの薄膜電極は、
高い精度のパターン形成には適しているものの、大量生
産には向いていない。すなわち薄膜形成のためには大規
模な設備が必要であり、また設備あたりの処理速度が遅
く、コンデンサ素子のコストは圧電素子に匹敵する大き
なものになっている。

【００１０】この問題を解決するために、誘電体基板に
所定の電極を厚膜印刷する方法が考えられる。銀ペース
トなどの導電性ペーストを誘電体基板に印刷乾燥し、一
括して焼成するだけで、大量の容量基板を安価に提供す
ることができる。

【００１１】しかし誘電体基板の厚みを小さくすると、
図５に示すように基板全体が凹面形状に大きく反るとい
う現象が顕著になる。はなはだしいものでは３０ｍｍ×
３０ｍｍの誘電体基板で１〜２ｍｍのそり量を発生させ
てしまう。このような誘電体基板を使って圧電基板に接
着する様子を図６に示したが、変形した誘電体基板の正
確な位置割り出しが困難ため、接着剤を塗布した圧電基
板との間でずれが発生しやすい。すなわち張り合わせた
ものの張り合わせ精度が悪く、これを図７に示すように
切り出したとき、圧電素子とコンデンサ素子からの電極
が両端部にきちんと露出せず、端面に塗布する導電性接
着剤で電気的接続を取れない場合が発生する。また圧電
基板に押さえる際に、誘電体基板に割れが入って信頼性
に問題のある部品が発生するという問題があった。

【００１２】本発明は、上述の課題を解決するために案
出されたものであり、誘電体基板を薄板化しても厚膜印
刷法で反りのない平板状誘電体基板を得ることができ、
組み立て時の位置合わせが容易で、基板割れなどの発生
しない誘電体基板を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のコンデンサ素子
は、矩形状の誘電体基板の一方主面に、その両側から中
央に伸びる２つの入力電極及び出力電極が形成されると
共に、前記誘電体基板の他方主面の中央付近に接地電極
を形成してなり、前記各入出力電極と前記接地電極との
対向部分で誘電体基板を介して容量成分を形成するコン
デンサ素子において、前記入出力電極と接地電極とを導
電ペーストの印刷焼付けにより形成すると共に、前記入
力電極と出力電極とを合わせた面積が前記接地電極の面
積と略同一となるように形成した構成とする。

【００１４】特に、前記誘電体基板の他方主面両端に、
前記入出力電極から夫々接続される入力接続電極及び出
力接続電極を形成すると共に、前記コンデンサ素子の長
手方向の長さを２Ｌ、前記入力接続電極又は出力接続電
極の長さをＡ、所望容量を得るために必要な前記入出力
電極と接地電極との交差長を２Ｃとしたとき、前記入出
力電極の長さが前記誘電体基板の端面から Ａ＋（（Ｌ−Ａ）／２）＋Ｃ で決められる長さに設定され、かつ前記接地電極が形成
される位置は誘電体基板の端面から Ａ＋（（Ｌ−Ａ）／２）−Ｃ で決められる位置に設定した構成とする。

【００１５】本発明の構成によれば、誘電体基板の両主
面に入出力電極と接地電極とが略等しい面積の電極を導
電ペーストの印刷焼付けで形成したために、電極焼付け
の前後で発生しやすい誘電体基板の変形を抑えることが
できる。

【００１６】これは電極と誘電体基板の熱膨張係数の差
により、通常熱膨張係数の大きな金属の電極が誘電体基
板の表面積を縮めようとする力を発生させ、誘電体基板
の両主面間に面積差がある場合に、力のアンバランスに
対応した凹面変形を生じていたが、面積差を無くするこ
とで、内部応力が均等分散するようにして力のバランス
がとれて変形を抑えることができると考えられる。

【００１７】この両主面電極を形成する具体的手法とし
て上記の数式で決められる電極寸法を選択することによ
って容易に両主面間の電極寸法を等しくすることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のコンデンサ素子を
圧電共振子用の積層体に適用して説明する。図１は本発
明のコンデンサ素子の外観斜視図、図２はコンデンサ素
子１と圧電素子５を貼り合わせた積層体の外観斜視図で
ある。

【００１９】図１において、符号１０は、誘電体基板
で、その両主面には以下に示す電極が形成されている。
即ち、コンデンサ素子１の上面には、全幅に渡って、両
端から中央に伸びる入出力電極２，２があり、また下面
両端部には各入出力電極２，２と外部回路へ接続される
入出力接続電極３，３と、中央部に接地電極４が形成さ
れている。

【００２０】図２は圧電素子５の上下面に振動電極６，
７を形成し、両端部でコンデンサ素子の入出力電極２，
２と、導電性接着剤からなる接合材８，８で一体化した
ものを示す。一体化された積層体の端面には導電接着剤
９が塗布されて、圧電素子５の一方の振動電極６とコン
デンサ素子１の入出力電極３の一方と、下面の入出力接
続電極３の一方とを電気的に接続している。他方端面に
ついても同様である。

【００２１】コンデンサ素子１の下面の入力接続電極
３，接地電極４，出力接続電極３は外部回路に接続する
ための電極になる。詳細は省くが樹脂製のケースに設け
られた３つの端子電極に接続されて、コンデンサ付き圧
電共振子を提供することができる。

【００２２】圧電素子５の厚みは圧電共振子としての共
振周波数によって決まるのであるが、２０ＭＨｚで０．
３８７ｍｍ、３０ＭＨｚで０．２５８ｍｍである。この
圧電素子に、０．１００ｍｍの誘電体基板を組み合わせ
て、接合材の厚みを０．０５０ｍｍとすることにより積
層体の厚みは、０．４０〜０．５３ｍｍとなる。従来、
誘電体基板１０として０．２００ｍｍとしていたので１
００μの低背化が達成できている。

【００２３】誘電体基板１はチタバリなどのセラミック
誘電体材料からなり、グリーンシート成型などで所定の
厚みに調整されたものを、焼きあがり状態で３０ｍｍ×
３０ｍｍ×０．１ｍｍの平らなウェーハに加工されてい
る。

【００２４】誘電体基板１０上の入出力電極２，２は、
概略図５、７に示されるようなストライプ状の電極パタ
ーンを誘電体基板上に印刷焼付けしたものから切り出さ
れてコンデンサ素子１になる。電極材料は、金、銀、銀
−白金などの導電ペーストをスクリーン印刷で塗布し、
乾燥後、６００〜８００℃で焼き付けたものである。電
極膜厚は５〜１５μである。

【００２５】本発明の特徴的なことは、コンデンサ素子
１の上下面に形成される電極面積を等しくしていること
である。その設計手法として、まず、所望の静電容量を
得るための、入出力電極２，２と接地電極４との交差幅
２Ｃを決める。次に外部との接続を取るための入出力接
続電極３，３の幅Ａを決める。また、次にコンデンサ素
子１０の長手方向の長さ２Ｌから入出力接続電極３，３
の誘電体基板の他方主面に占める長さ２Ａを引き、その
１／４の長さをＢとする。最後に、入出力電極２の先端
と接地電極４の長さ方向の端部は、誘電体基板１０の端
面からＡ＋Ｂの距離にある線から±Ｃだけ離れた箇所に
形成する。

【００２６】この手法でコンデンサ素子１の上下面の入
出力電極２，２と接地電極４との面積が同一になること
は次のようにして理解できる。すなわち、入出力接続電
極３，３は入出力電極２，２の端部と対向している。従
って、実際に容量成分に寄与させるための面積を考える
場合、コンデンサ素子の長手方向の長さ２Ｌから週出力
接続電極３の分を差し引いた２Ｌ−２Ａの長さ内で考え
ればよい。

【００２７】次に誘電体基板１０の中央部で、２Ｌ−２
Ａの領域を４分割する。その長さがＢになる。そして、
長手方向の長さが２Ｌ−２Ａ仮想誘電体基板の一方主面
端部より幅Ｂの電極を２つ設け、他方主面の中央部より
に幅Ｂの電極を２つ設けた形を想定すると図８（ａ）に
示すように両主面で交差長０の形になる。ここから入出
力電極２，２をＢの幅から中央よりにＣだけ広げて形成
し、また接地電極４を各Ｂの幅から端面側にＣだけ広げ
ると電極の面積は同一となる。

【００２８】これらをまとめると、入出力電極２，２の
長さが誘電体基板１０の端面から Ａ＋（（Ｌ−Ａ）／２）＋Ｃ で決められる長さに設定され、かつ接地電極４が形成さ
れる位置は誘電体基板１０の端面から Ａ＋（（Ｌ−Ａ）／２）−Ｃ で決められる位置に形成されることになる。

【００２９】図４のような従来例で誘電体基板１０の厚
みを１００μとし、入出力電極２，２と接地電極との電
極面積の差が１１０％ある場合には３０ｍｍ角の基板に
対し、基板そりが０．７５ｍｍ発生していた。また、そ
の面積差を３４０％にすると、基板そりは１．５８ｍｍ
となっていた。これに対し誘電体基板１０の両主面の電
極面積を等しくしたものでは、３０ｍｍ角の基板に対し
反り量が、０．０８ｍｍ程度と格段に小さくする効果が
得られた。

【００３０】この結果、誘電体基板１０がフラットなも
のになり、圧電素子５への張り合わせ精度を高めること
ができる。図７に示すような形で切断した際に圧電素子
のとの位置ずれがなく端面で確実に接続することができ
る積層体を得ることができた。

【００３１】さらに、従来、誘電体基板１０が湾曲して
いたため位置決め精度が悪く、圧電基板に加圧接着する
際に位置ずれした部分が組み立て機に引っかかり破損し
ていた。このようなトラブルを解消することができ不具
合品を混入させることがなく、信頼性の高い製品にする
ことができた。

【００３２】

【発明の効果】誘電体基板の厚みの薄いものを使用する
ことができて製品の薄型化を達成することができる。ま
た電極形成には厚膜印刷法を用いて簡単な工程で大量の
処理ができるために製品のコストダウンを達成すること
ができる。とくに薄板を用いた場合に発生しやすい基板
反りを小さくできるために、自動機で組み立てることが
容易で、割れなどの不良を発生させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンデンサ素子を示す外観斜視図であ
る。

【図２】図１のコンデンサ素子の上に圧電素子を貼り合
わせた積層体の外観斜視図である。

【図３】クロック発振回路の等価回路図である。

【図４】従来のコンデンサ素子である。

【図５】従来の電極パターンを薄い誘電体基板に形成し
たときの外観斜視図である。

【図６】図５で作成された誘電体基板を圧電基板に接合
する図である。

【図７】従来の誘電体基板と圧電基板を接合したものの
切断位置を示す図である。

【図８】（ａ）（ｂ）は入出力電極と接地電極との面積
を同一にするプロセスを説明する図である。

【符号の説明】

１・・・コンデンサ素子 ２・・・入出力電極 ３・・・入出力接続電極 ４・・・接地電極 ５・・・圧電素子 ６、７・・・圧電素子振動電極 ８・・・接合材 ９・・・端面接続 １０・・・コンデンサユニット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形状の誘電体基板の一方主面に、その
   両側から中央に伸びる２つの入力電極及び出力電極が形
   成されると共に、前記誘電体基板の他方主面の中央付近
   に接地電極を形成してなり、前記各入出力電極と前記接
   地電極との対向部分で誘電体基板を介して容量成分を形
   成するコンデンサ素子において、 前記入出力電極と接地電極とを導電ペーストの印刷焼付
   けにより形成すると共に、前記入力電極と出力電極とを
   合わせた面積が前記接地電極の面積と略同一となるよう
   に形成したことを特徴とするコンデンサ素子。
2. 【請求項２】 前記誘電体基板の他方主面両端に、前記
   入出力電極から夫々接続される入力接続電極及び出力接
   続電極を形成すると共に、前記コンデンサ素子の長手方
   向の長さを２Ｌ、前記入力接続電極又は出力接続電極の
   長さをＡ、所望容量を得るために必要な前記入出力電極
   と接地電極との交差長を２Ｃとしたとき、前記入出力電
   極の長さが前記誘電体基板の端面から Ａ＋（（Ｌ−Ａ）／２）＋Ｃ で決められる長さに設定され、かつ前記接地電極が形成
   される位置は誘電体基板の端面から Ａ＋（（Ｌ−Ａ）／２）−Ｃ で決められる位置に設定したことを特徴とする請求項１
   記載のコンデンサ素子。