JP2003110398A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波を利用したとしても圧電振動子と基板と
の接触抵抗を低く抑えることができる圧電デバイスを提
供する。また、低背化が可能な圧電デバイスを提供す
る。 【解決手段】水晶基板３０の両主面に励振電極３１、３
３を形成し、上面の一方端面寄りに励振電極３１、３３
と接続し、幅方向に分離した一対の引出電極３２、３４
を形成した水晶振動子２と、キャビティ２０の底面に一
対の電極パッド２３を設けたセラミックパッケージ２と
からなり、水晶基板３０の下面の一方端面寄りとキャビ
ティ２０底面とを固定用の接着材４で接合するととも
に、引出電極３２、３４から圧電基板の一方端面を経由
して電極パッド２３に導出する薄膜電極ｘを設け、薄膜
電極ｘで引出電極３２、３４と電極パッド２３とを電気
的に接続した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は圧電振動子を容器状
の基板などに接合した圧電デバイスに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来の圧電デバイス、例えば水晶発振器
５１は、図６〜図７に示すように容器状の基板であるセ
ラミックパッケージ５２、水晶振動子５３、導電性接着
材５４により構成されている。 【０００３】セラミックパッケージ５２は、矩形状のキ
ャビティ５２０を有し、このキャビティ５２０の一方側
の底面に電極パッド５２３、５２３がキャビティ５２０
の長辺側に分離して形成されている。また、そのセラミ
ックパッケージ５２の裏面には外部端子電極５２６が形
成されている。 【０００４】水晶振動子５３は短冊状の水晶基板５３０
の両主面に対向しあうように、励振電極５３１、５３３
が被着されている。また、水晶基板５３０の一方端面寄
りの上下面に、各励振電極５３１、５３３から延出する
引出電極５３２、５３４が幅方向に分離して被着されて
いる。水晶振動子５３の一方端面側を電極パッド５２３
に固定する固定端とし、他方短辺側を自由端としてい
る。 【０００５】そして、セラミックパッケージ５２の電極
パッド５２３、５２３上に硬化されて導電性接着部材５
４となる導電性樹脂ペーストが塗布され、その上部に水
晶振動子５３の下面の引出電極５３２、５３４に当接す
るように載置され、加熱することにより、電極パッド５
２３、５２３と水晶振動子の引出電極５３２、５３４と
の接続がされていた。 【０００６】その後、シールリング５２５の上に金属蓋
体５６が搭載されてキャビティ５２０を気密封止してい
る。 【０００７】ところで、この導電性接着部材５４はシリ
コーン系やポリイミド系の導電性接着部材５４が用いら
れており、これらの導電性接着部材５４はシリコーン樹
脂・シリカ粉やポリイミド樹脂などを母体としてＡｇ粒
などの導電粒が混在している。 【０００８】これらの導電性接着部材５４の電気的接続
構造は図８に示すように、Ａｇ粒などの導電粒が個々に
接触することにより導通がとれるようになっており、結
果的に、電極パッド５２３、５２３と水晶振動子５３の
引出電極５３２、５３４は、図８に示すように多くの粒
子同士が導電性接着部材５４の内部で接触することで電
気的接続がとられていた。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】現在、通信機器に使用
される上述の水晶発振器５１は、高周波化が求められて
いるのだが、上述のように導電性接着部材５４が内部の
Ａｇ粒により、実質的に多くの粒子同士が導電性接着部
材５４の内部で接続されていると、例えば７００ＭＨｚ
以上といった高周波の水晶発振器５１を用いる場合、導
電性接着部材５４と電極パッド５２３、５２３や引出電
極５３２、５３４の接触する面積が小さい場合には、表
皮効果により接触抵抗が悪くなりクリスタルインピーダ
ンス値（以降、ＣＩ値と呼ぶ）が悪化してしまうことが
あった。また、このＣＩ値が大きくなると水晶発振器５
１として所望の安定した発振特性が得られないという問
題があった。 【００１０】一方、電子部品の小型化が近年要求される
ようになってきているが、電極パッド５２３上に導電性
接着部材５４を介して水晶振動子５３を電気的、機械的
に接合する場合、充分な接合強度を得ながら電気的に接
続させるためには導電性接着部材５４の量を増やして接
合面積を増加させる必要があるが、それに伴って、導電
性接着部材５４が内部で短絡しないようにするには容器
の面積を大きくしたり、導電性接着部材５４の接合部を
導電性ペーストのチキソ性を高くして水平方向に流れ出
しにくく形成する必要があった。このため大型化、高背
化することがあった。 【００１１】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、高周波を利用したとしても圧
電振動子と基板との接続抵抗の向上を抑えることができ
る圧電デバイスを提供することを目的とする。また、本
発明の他の目的は水晶振動子の保持・接続される高さを
低く抑え、水晶発振器として薄型化を可能にし、設計や
生産をする際に効率を上げられる圧電デバイスを提供す
るものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明は、矩形状の圧電基板の両主面に励振電極を
形成し、上面の一方端面寄りに前記励振電極と接続する
一対の引出電極を形成した圧電振動子と、底面に一対の
電極パッドを設けたキャビティを有する基板とからな
り、前記圧電基板の下面の一方端面寄りとキャビティ底
面とを固定用接着材で接合するとともに、前記引出電極
から前記圧電基板の端面を経由して電極パッドに導出す
る薄膜電極を設け、該薄膜電極で引出電極と電極パッド
とを電気的に接続したことを特徴とする圧電デバイスを
提供する。 【作用】本発明の構成によれば、圧電基板の下面の一方
端面寄りとキャビティ底面とを固定用接着材により機械
的接合が行われる。また、引出電極から圧電基板の端面
を経由して電極パッドに導出する薄膜電極を設け、薄膜
電極で引出電極と電極パッドとの電気的接続が行われ
る。即ち、圧電基板と基板の機械的接合と電気的接続の
機能を接着材と薄膜電極でそれぞれを分離させたため
に、充分に圧電基板と基板の接合強度が得られるととも
に、高周波の信号を用いた圧電デバイスであっても接触
抵抗を低くして安定した発振特性の圧電デバイスを提供
することができる。 【００１３】また、圧電基板の下面の一方端面寄りとキ
ャビティ底面とを接合しており、圧電基板の上面は薄膜
電極が形成されているだけであるため、低背化設計が可
能となる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電デバイスを図
面に基づいて詳説する。なお、説明では、圧電デバイス
に水晶発振器を用いた例で説明する。 【００１５】ここで、圧電デバイスとは、圧電振動子の
みを有する発振子や、この圧電振動子とともにＩＣチッ
プ、コンデンサ、抵抗などの電子部品素子を搭載した発
振器も含まれる。また、圧電振動子は、水晶板、圧電セ
ラミック基板、単結晶圧電基板を用いた振動子を含む。
図１は、水晶発振器１の横中央断面図であり、図２は水
晶発振器の蓋体を省略した上面図である。 【００１６】本発明の水晶発振器１は、主に、平板状セ
ラミック基板２１を有する容器状の基板であるセラミッ
クパッケージ２、水晶振動子３、固定用の接着材４及び
金属製蓋体６とから構成されている。 【００１７】セラミックパッケージ２は、矩形状の平板
状セラミック基板２１と、該平板状セラミック基板２１
の周囲にリング状セラミック基板２２を積層して、その
表面に封止用導体膜２４を介して載置されたシールリン
グ２５とから構成されている。そして、全体として、図
１に示すように表面側に開口を有するとともに、水晶振
動子３が収容される実質的に矩形状のキャビティ部２０
が形成される。このキャビティ２０は平板状セラミック
基板２１上にシールリング２５のみで形成しても良い。
さらにキャビティ部２０の底面、即ち基板２１の上面の
一方に電極パッド２３、２３が形成されている。この電
極パッド２３、２３は、容器体２の短辺の幅方向に並ん
でそれぞれ形成され、その形状は概略矩形状となってい
る。 【００１８】上述のシールリング２５はＦｅ−Ｎｉ、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏなどの金属からなり、平板状セラミック
基板２１の周囲にリング状セラミック基板２２を積層し
て、その表面に形成された封止用導体膜２４上にろう付
けなどにより形成され、これにより、キャビティ部２０
の厚みを規定している。 【００１９】また、セラミックパッケージ２の底面に
は、電極パッド２３、２３と電気的に接続し、外部プリ
ント配線基板と接合するための外部端子電極２６が形成
されている。この電極パッド２３、２３と外部端子電極
２６とは、セラミックパッケージ２の一部を貫くビアホ
ール導体（不図示）によって接続されている。 【００２０】また、電極パッド２３、２３は、導電性金
属ペーストの印刷、及び焼き付け、硬化により形成さ
れ、表面にＮｉ、Ａｕメッキ処理されて形成されてい
る。 【００２１】水晶振動子３は、水晶基板３０と励振電極
３１、３３と引出電極３２、３４とからなる。水晶基板
３０は所定結晶方位角に従ってカット（ＡＴカット）さ
れたものが用いられ、略矩形状に形成されている。励振
電極３１、３３は、水晶基板３０の両主面に形成されて
おり、励振電極３１、３３からは水晶振動子３上面の一
方端面寄りにその幅方向に分離した引出電極３２、３４
が形成されている。 【００２２】引出電極３２は励振電極３１から、水晶基
板３０の上面の短辺方向に延出されている。また、その
位置から水晶基板３０の一方端面を介して下面に延出形
成している。逆に、引出電極３４は励振電極３３から水
晶基板３０の下面の一方端面寄りに延出され、その位置
から水晶基板３０の一方端面を介して上面に延出形成し
ている。そして、この水晶基板３０の両主面に形成した
引出電極３２、３２は、それぞれ厚み方向で対向しあう
位置に形成される。また、引出電極３４、３４も同様に
それぞれ対向しあう位置に形成される。そして、引出電
極３２、３４の形状は、所定位置に配置した時に、電極
パッド２３、２３に導通し得る形状である。 【００２３】このような励振電極３１、３３及び引出電
極３２、３４は、水晶基板３０の上面及び下面に、所定
形状のマスクを配置して、蒸着やスパッタ等の手段を用
いてＡｕ、Ａｇ、Ｃｒなどの蒸着などにより形成されて
いる。この際、水晶基板３０の一方端面と対向する斜め
上側の位置から蒸着やスパッタリングを行う方がよい。 【００２４】上述のセラミックパッケージ２と水晶振動
子３との機械的な接合は、シリコン系、エポキシ系、ポ
リイミド系などのからなる樹脂ペーストが硬化した接着
材４により行われる。これにより、接着材４を絶縁性の
ものを用いた場合には、短絡を気にせずに多くの接着材
４を用いることができ、接合強度がアップするととも
に、水晶基板３０の上面に接着材４を形成することがな
いので水晶発振器１として、低背化設計が可能となる。 【００２５】一方、セラミックパッケージ２と水晶振動
子３との電気的な接続は水晶振動子３上面の引出電極３
２、３３から水晶基板３０の一方端面を経由して電極パ
ッド２３、２３に導出された薄膜電極ｘによって達成さ
れる。即ち、セラミックパッケージ２と水晶振動子３と
の機械的接合と電気的接続の機能を接着材４と薄膜電極
ｘでそれぞれ機能分離させたために、高周波の信号を用
いた圧電デバイスであっても充分に水晶振動子３とセラ
ミックパッケージ２の接合強度が得られるとともに、接
触抵抗を低くして安定した発振特性の水晶発振器１を提
供することができる。 【００２６】なお、水晶振動子３の下面側に形成した引
出電極３２、３４の双方に、接着材４である樹脂ペース
トにＡｇ粉末などを添加した導電性樹脂ペーストを用い
ても良い。これにより、薄膜電極ｘによる電気的接続に
加えて更に導電性が向上するのでよい。 【００２７】薄膜電極ｘはＡｕ、Ａｇ、Ｃｒのような金
属により形成されており、水晶振動子３上面の引出電極
３２、３４から水晶基板３０の上面の一方端面側、電極
パッド２３にかけてスパッタ、蒸着などにより形成さ
れ、水晶振動子３の引出電極３２と電極パッド２３が帯
状に連続して接続されることになる。 【００２８】これにより、水晶振動子３の一対の励振電
極３１、３３は、電極パッド２３、２３を介して容器体
２の外面の外部端子電極２６に導通することになる。 【００２９】上述のように水晶振動子の引出電極と電極
パッドが接続されることにより、水晶振動子の引出電極
３２とセラミックパッケージ２の電極パッド２３が薄膜
電極ｘに接続され、高周波の信号を用いるとしても表皮
効果による接触抵抗の増加が起きることなく充分小さい
ＣＩ値を得ることが可能になった。 【００３０】なお、実際には、水晶振動子３を電極パッ
ド２３、２３に電気的接続及び機械的接合を行った後、
外部端子電極２６などを用いて水晶振動子３の発振周波
数を測定し、必要に応じて、水晶振動子３の上面側励振
電極３１の表面に、Ａｇなどを蒸着して周波数の調整を
行う。 【００３１】金属製蓋体６は、実質的に平板状の金属、
例えばＦｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金（コバール）などからなる。このような金属製蓋
体６は、水晶振動子３の収容領域（キャビティ部）２０
を、窒素ガスや真空などでシーム溶接などの手法によ
り、気密的に封止する。 【００３２】上述の構造によれば、容器体２の一部であ
る基板２１の表面に、電極パッド２３、２３が形成され
ており、水晶振動子３の引出電極３２、３４が、導電性
樹脂ペーストを硬化して成る導電性接着部材４を介して
電気的且つ機械的に接合されている。 【００３３】上述の水晶発振器の製造方法については、
以下に示す通りである。 【００３４】図３に示すようにセラミックパッケージ２
の底面に形成した電極パッド２３、２３上に、接着材４
となる導電性樹脂ペーストを塗布し（図３（ａ）参
照）、その上部に水晶振動子３の下面の引出電極３２、
３４が接触するように水晶振動子３を搭載する。その状
態で加熱することにより導電性樹脂ペーストを硬化する
（図３（ｂ）参照）。 【００３５】その後、電極パッド２３、２３上に固定さ
れた水晶振動子３上面の引出電極３２、３４から水晶基
板３０端面、電極パッド２３にかけて、それぞれマスク
などを上部に当て、略矩形状にスパッタまたは蒸着など
によりＡｕの薄膜電極ｘを表面に連続して形成する（図
３（ｃ）参照）。 【００３６】その後、所定雰囲気中で、シールリング２
５に金属製蓋体６を載置し、両者をシーム溶接にて封止
して水晶発振器１が完成する。 【００３７】かくして、本発明の構成によれば、水晶振
動子３は下面の引出電極にて電極パッドに機械的に固定
され、さらに水晶振動子３上面の引出電極３２、３４か
ら端面、電極パッド２３にかけて薄膜電極ｘを形成する
ことにより、セラミックパッケージ２と水晶振動子３の
電気的接続を薄膜電極ｘによって確実にしている。これ
により、水晶発振器１において、充分な機械的強度を得
ることができるとともに、高周波信号を用いても表皮効
果を起こすことなく、接触抵抗を良好にし、ＣＩ値が悪
化することを防ぐことができるようになる。 【００３８】また、図４に示すように、本発明の他の実
施形態として電極パッド２３ａ、２３ａの中央部に凹部
４０を形成することで、電極パッド２３ａ、２３ａの凹
部に導電性接着部材となる導電性ペーストを入り込むよ
うにし、水晶振動子３の底面と電極パッド２３ａとの距
離を短くしている。これによって水晶発振器の低背化さ
せることが可能である。 【００３９】また、図５に示すように、さらに他の実施
形態としては、矩形状セラミックパッケージ２の短辺側
の中心寄りに、電極パッド２３ｂ、２３ｂと隣接して保
持用電極パッド２３ｃ、２３ｃを形成することもでき
る。この場合、保持用電極パッド２３ｃ、２３ｃは絶縁
性の物が用いられ、また、水晶振動子３下面の接着の方
法も固定用接着材４が用いられる。このように構成する
ことで短絡を気にすることなく固定させることができ
る。 【００４０】 【発明の効果】以上のように、本発明では、圧電振動子
の上面に引出電極を形成するとともに、下面にてセラミ
ックパッケージ底面に接着材で保持し、且つ圧電振動子
の上面の引出電極から、その端面、電極パッドにかけて
導通電極を形成した。このような構造にすることによ
り、充分な機械的強度を得ることができるとともに、高
周波信号を用いる圧電発振器にて接触抵抗を低下させる
ことができ、効率良く生産することができるようにな
る。 【００４１】また、基板上に圧電基板の下面とで機械的
接合が行われるので、接着材が圧電基板の上面突出する
ことがないので低背化設計が可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の圧電デバイスに用いられる水晶発振器
の中央横面図である。 【図２】水晶発振器の蓋体を省略した上面図である。 【図３】（ａ）〜（ｃ）は水晶発振器の水晶振動子を搭
載する過程の要部断面図である。 【図４】本発明にかかる水晶発振器の他の実施形態を説
明する横中央断面図である。 【図５】本発明にかかる水晶発振器のさらに他の実施形
態を説明する横中央断面図である。 【図６】従来の水晶発振器の横中央断面図である。 【図７】従来の水晶発振器の蓋体を省略した上面図であ
る。 【図８】水晶振動子に導電性接着材を介して基板の電極
パッドに接合した際の電気的接続構造を説明する図およ
び一部拡大図である。 【符号の説明】 １・・・圧電デバイス（水晶発振器） ２・・・セラミックパッケージ ２０・・・キャビティ ２１・・・平板状セラミック基板 ２２・・・リング状セラミック基板 ２３・・・電極パッド ２４・・・封止用導体膜 ２５・・・シールリング ２６・・・外部端子電極 ３・・水晶振動子 ３１、３３・・・励振電極 ３２、３４・・・引出電極 ４・・・接着材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 矩形状の圧電基板の両主面に励振電極を
   形成し、上面の一方端面寄りに前記励振電極と接続する
   一対の引出電極を形成した圧電振動子と、 底面に一対の電極パッドを設けたキャビティを有する基
   板とからなり、 前記圧電基板の下面の一方端面寄りとキャビティ底面と
   を固定用接着材で接合するとともに、前記引出電極から
   前記圧電基板の端面を経由して電極パッドに導出する薄
   膜電極を設け、該薄膜電極で引出電極と電極パッドとを
   電気的に接続したことを特徴とする圧電デバイス。