JP2006129305A - 圧電振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器体の構造として平板状の基板及び側壁部を構成するシールリング等を用いているため、圧電振動子全体としての構造が嵩高になってしまうことから、圧電振動子の小型化（薄型化）に供することが困難である。
【解決手段】第１の容器体には第１の凹部空間が形成されており、第２の容器体には第２の容器体には第２の凹部空間が形成されており、この第１の凹部空間には素子接続用電極パッドが形成されており、この素子接続用電極パッドと容器接続用電極膜とは導電性接合剤により固着導通されており、圧電振動素子を挿入した形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とが接合気密封止しており、第１の容器体に形成した第１の外部接続用端子と一方の素子接続用電極パッドとを、又第２の容器体に形成した第２の外部接続用端子と他方の素子接続用電極パッドとを電気的に接続している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、携帯用通信機器等の基準信号を発生させるのに用いられ、水晶等の圧電振動素子をセラミックパッケージ等の容器体に搭載してなる圧電振動子及びその製造方法に関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器の基準信号を発生させる電子部品として圧電振動子が用いられている。かかる従来の圧電振動子としては、例えば図４に示す如く、アルミナセラミックス等から成る容器体２１の上面に凹部２２を形成するとともに、この凹部２２内に圧電振動素子２３を搭載・収容し、前記容器体２１の上面に、凹部２２の開口部を塞ぐようにして金属製の蓋体２４を固着・接合した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）

尚、前記蓋体２４は、容器体２１の上面に金属シート等を介して載置・固定されており、従来周知の抵抗溶接等によって容器体２１の上面に接合される。これにより、凹部２２の内面と蓋体２４の下面とで囲まれた空間領域が気密封止されることとなる。

また上述した従来の圧電振動子は、通常、蓋体２４が容器体内部のビア導体等を介して、容器体下面のグランド端子に電気的に接続されており、圧電振動子の使用時、蓋体２４をグランド電位に保持しておくことにより、圧電振動素子２３をノイズ等の不要な電気的作用より保護するようにしている。

かかる圧電振動子は、容器体２１の下面に設けられる入出力端子（入力端子・出力端子）を介して圧電振動素子２３の励振用電極膜間に外部からの変動電圧を印加するとともに、圧電振動素子２３を所定の周波数で厚みすべり振動させ、その周波数に基づいて外部の発振回路で所定の発振信号を生成・出力することによって圧電振動子として機能する。このようにして得られた発振信号は、例えば携帯用通信機器等の電子機器における夕ロック信号（基準信号）として利用される。

このような圧電振動子については、下記のような先行技術文献が開示されている。

特開２００２―１１１４３５号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、上述した従来の圧電振動子においては、容器体の構造として平板状の基板及び側壁部を構成するシールリング等を用いているため、圧電振動子全体としての構造が嵩高になってしまうことから、圧電振動子の小型化（薄型化）に供することが困難であるという欠点を有していた。

本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、その目的は、小型化が可能となると共に、生産性も向上できる圧電振動子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の圧電振動子では、箱形状の第１の容器体にはこの第１の容器体の一表面に開口部を有する第１の凹部空間が形成されており、箱形状の第２の容器体には第２の容器体の表面うち第１の容器体の一表面と同形状の一表面に開口部を有する第２の凹部空間が形成されており、この第１の凹部空間の底部近傍の側壁部には圧電振動素子を第１の凹部空間に挿入した際に圧電振動素子の一方の短辺近傍の表面に形成した容器接続用電極膜と対向する位置に一対の素子接続用電極パッドが形成されており、この素子接続用電極パッドと容器接続用電極膜とは導電性接合剤により固着導通されており、第１の容器体と第２の容器体とは第１の凹部空間及び第２の凹部空間内に圧電振動素子を挿入した形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とが接合し第１の凹部空間及び第２の凹部空間を気密封止しており、第１の容器体外表面に形成した第１の外部接続用端子と一方の素子接続用電極パッドとを、又第２の容器体外表面に形成した第２の外部接続用端子と他方の素子接続用電極パッドとを電気的に接続してなることを特徴とする。

又、他形態の圧電振動子としては、箱形状の第１の容器体にはこの第１の容器体の一表面に開口部を有する第１の凹部空間が形成されており、箱形状の第２の容器体には第２の容器体の表面うち第１の容器体の一表面と同形状の一表面に開口部を有する第２の凹部空間が形成されており、この第１の凹部空間及び第二の凹部空間の対向する側壁部には、圧電振動素子を該第１の凹部空間及び第２の空間に挿入した際に圧電振動素子の一方の短辺近傍の表面に形成した容器接続用電極膜と対向するそれぞれの位置に、合わせて一対となる素子接続用電極パッドが形成されており、各々の該素子接続用電極パッドと容器接続用電極膜とは導電性接合剤により固着導通されており、第１の容器体と第２の容器体とは第１の凹部空間及び第２の凹部空間内に圧電振動素子を挿入した形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とが接合し第１の凹部空間及び第２の凹部空間を気密封止しており、第１の容器体及び第２の容器体を接合した際の一方の長辺方向端部外表面に形成した第１の接合外部接続用端子と一方の素子接続用電極パッドとを、又第１の容器体及び第２の容器体を接合した際の他方の長辺方向端部外表面に形成した第２の接合外部接続用端子と他方の該素子接続用電極パッドとを電気的に接続してなることを特徴としている。

更に、上記圧電振動子の製造方法として、複数の絶縁層を間に内部配線パターンを介し積層することにより、一表面に開口部を有する第一の凹部空間が形成された第１の容器体及び一表面に開口部を有する第２の凹部空間が形成された第２の容器体を形成する工程と、
この第１の凹部空間内のみ、或いは第１の凹部空間と第２の凹部空間のそれぞれに形成した一対の素子接続用電極パッドに導電性接合剤を塗布し、圧電振動素子を導電性接合剤に圧電振動素子の短辺近傍表面に形成した容器接続用電極膜が接合するように挿入する工程と、
導電性接合剤を熱処理して硬化させることにより、圧電振動素子に形成した励振用電極膜を、導電性接着剤を介して第１の容器体の内部配線パターンと電気的に接続する工程と、
第１の容器体及び該第２の容器体とを、第１の凹部空間及び第２の凹部空間内に圧電振動素子が挿入された形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とを接合気密封止し、且つ第１の容器体に形成された内部配線パターンと第２の容器体に形成された内部配線パターンとを電気的に接続する工程とを含むことを特徴としている。

本発明の圧電振動子及びその製造方法によれば、圧電振動素子を挿入した第１の容器体の第１の凹部空間と第２の容器体の凹部空間とを圧電振動子としての短辺方向にて気密封止したことから、各々の凹部空間を極狭空間にすることができるので、従来例に比し全体構造を薄く形成することができ、圧電振動子の低背化に供することが可能となる。

また、製造工程途中の、第１の凹部空間のみに圧電振動素子の一方の短辺近傍部分を挿入した形態では、この圧電振動素子の励振用電極部分が第１の凹部空間から露出している為、容易に周波数調整を実施することが可能である。

更に、本発明の他の形態の圧電振動子によれば、第１の容器体に形成した第１の凹部空間と第２の容器体に形成した第２の凹部空間へ圧電振動素子をその長辺方向側から挿入し気密封止したことから、各々の凹部空間を極狭空間にすることができるので、従来例に比し全体構造を薄く形成することができ、圧電振動子の低背化に供することが可能となる。

また更に、本発明の圧電振動子の製造方法によれば、第１の容器体と第２の容器体とを接合する部分の面積が従来の圧電振動子における容器体と蓋体との接合面積に比べ格段に小さいので、気密漏れなどの圧電振動子の信頼性を低下させる発生要因が少なくすることができる。更に圧電振動子全体としての形状が箱形状で且つ表裏の区別がないため、製造工程及びユーザ先にて表裏を区別するための装置機構工程を省くことができるので、各々における生産性を向上することができ、因って信頼性が高く且つ生産性が良い圧電振動子及びその製造方法を提供することができる効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の圧電振動子の一実施形態を示す分解斜視図で、図２は図１に開示の本発明の圧電振動子の実施形態を示す断面図である。又、図３は本発明における圧電振動子の他の実施形態を示す分解斜視図である。尚、各図において、本説明に必ずしも必要としない部品又は構造体は図示していない。又、各図による説明を明確にするために一部部品又は構造体を誇張して図示してある。

図１及び図２に示す圧電振動子は、箱形状の第１の容器体１の一表面に開口部を有する第１の凹部空間に圧電振動素子３を挿入し、更に第１の凹部空間の開口面上に、一表面に第１の凹部空間と同形状の開口部を有する箱形状の第２の容器体２を載置・固定して、第１の容器体１と第２の容器体２とで囲まれる内部空間領域内に圧電振動素子３を気密封止した構造を有している。

前記第１の容器体１及び第２の容器体２は、セラミック材料等から成る複数の絶縁層を、間に内部配線パターン等を介し積層することによって形成されており、その下面には、前記内部配線パターンにビアホール導体等を介して電気的に接続される入出力電極やグランド電極等の電極パターンが被着され、この電極パターンは圧電振動子をマザーボード等の外部回路基板に接続するための接続端子として機能する。また、前記第１の容器体１は、その内部に設けられている内部配線パターンと第１の容器体１の内部に導電性接着剤５を注入する。かかる導電性接着剤５を介して内部配線パターンと圧電振動素子３とが電気的に接続される。

また前記第１の容器体１並びに第２の容器体２に搭載される圧電振動素子３を構成する部材としては例えば水晶などがあり、水晶を使用する場合では、従来周知の水熱合成法等によって形成された水晶板を所定の結晶軸でカットして短冊状の水晶片として切り出した上、その両主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、一対の励振電極を被着・形成した構造を有している。前記圧電振動素子３は、一対の励振電極間に所定の電圧が印加されると、所定の周波数ですべり振動を起こすようになっており、夕ロック信号等の基準信号を発生するための振動子として機能する。

前記導電性接合剤５には、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなる導電性接着剤等があり、これによって内部配線パターンを介し、圧電振動素子３と外部端子電極とを電気的に接続している。

一方、前記第１の容器体１及び第２の容器体２の開口面には、導体パターン６が形成されており、接合材７を介して第１の容器体１と第２の容器体２を接合させるためのものであり、かかる導体パターン６を、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成され、接合材７は、例えば、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金等を主成分とするロウ材により形成されている。

次に上述した圧電振動素子３を搭載し圧電振動子を得るための方法について説明する。
まず、複数の絶縁層を間に内部配線パターンを介し積層することにより第１の容器体１及び第２の容器体２を形成するとともに、第１の容器体内部には、前記圧電振動素子３を搭載し、且つ圧電振動素子３と内部配線パターンと電気的に接続する為の素子接続用電極パッドを形成しておく。前記第１の容器体１及び第２の容器体２は、絶縁層がセラミック材料から成る場合、セラミック原料の粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシ一トの主面に内部配線パターンや素子接続用電極パッドを形成するための導電ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって所定パターンに印刷するとともに、これを複数層積層した上、プレス成形し、しかる後この積層体を高温で焼成し、外形加工することによって製作される。

次の工程において、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなる導電性接着剤５を前記第１の容器体１内部の素子接続用電極パッド上に注入し、圧電振動素子３を第１の容器体１に形成した第１の凹部空間に差し込むことにより搭載する。

次の工程において、第１の容器体１の内部に注入し且つ圧電振動素子と接合した前記導電性接着剤５を熱処理して導電性接着剤５と圧電振動素子３の容器接続用電極膜に付着した導電性接着剤５とを同時に硬化させることにより、前記圧電振動素子３が前記導電性接着剤５と前記内部配線パターンを介して第１の容器体１の外表面に形成した外部端子電極と電気的に接続する。また、圧電振動素子３の容器接続用電極膜を形成した一方の短辺を第１の容器体１内に挿入し、第１の容器体１に水晶振動素子の入出力の外部端子電極を簡易な形状であれ形成しておけば、圧電振動素子の励振用電極膜部分が第１の容器体１より露出している為、容易に周波数調整を実施することが可能である。

次に、第１の容器体１及び該第２の容器体２とを、第１の容器体１に形成した第１の凹部空間及び第２の容器体２に形成した第２の凹部空間内に圧電振動素子３が挿入された形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とを接合気密封止し、且つ第１の容器体１に形成された内部配線パターンと第２の容器体に形成された第２の内部配線パターン４とを電気的に接続する。これは、前記第１の容器体１及び第２の容器体２の開口面には、導体パターン６が形成されており、接合材７を介して第１の容器体１と第２の容器体２を接合させるものであり、かかる導体パターン６を、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成され、接合材７は、例えば、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金等を主成分とするロウ材により形成されている。これらを形成した第１の容器体１並びに第２の容器体２の開口面同士を熱処理にて溶融接合させることによって、気密を封止するとともに電気的に接続する。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述の実施形態においては圧電振動素子として水晶振動素子３を用いるようにしたが、これに代えて、圧電振動素子としてＳＡＷフィルタ等の他の圧電振動素子を用いる場合であっても本発明は適用可能である。また上述の実施形態においては、第１の容器体及び第２の容器体を従来周知のセラミックグリーンシ一ト積層法により形成するようにしたが、これに代えて、第１の容器体及び第２の容器体を、セラミック粉末を用いたプレス成型法により形成するようにしても構わない。更に上述の実施形態においては、水晶振動素子を接続する工程と、第１の容器体１及び第２の容器体２を気密封止する工程を別工程にしたが、同時に実施しても構わない。

図１は、本発明における圧電振動子の一実施形態を示した分解斜視図である。 図２は、図１に図示した圧電振動子の長手方向で切断した形態を示した断面図である。 図３は、本発明における圧電振動子の他の実施形態を示した分解斜視図である。 図４は、圧電振動子の形態を示す分解斜視図である。

符号の説明

１・・・第１の容器体
２・・・第２の容器体
３・・・圧電振動素子
５・・・導電性接合剤

Claims (3)

1. 箱形状の第１の容器体には該第１の容器体の一表面に開口部を有する第１の凹部空間が形成されており、箱形状の第２の容器体には第２の容器体の表面うち該第１の容器体の一表面と同形状の一表面に開口部を有する第２の凹部空間が形成されており、該第１の凹部空間の底部近傍の側壁部には圧電振動素子を該第１の凹部空間に挿入した際に圧電振動素子の一方の短辺近傍の表面に形成した容器接続用電極膜と対向する位置に一対の素子接続用電極パッドが形成されており、該素子接続用電極パッドと容器接続用電極膜とは導電性接合剤により固着導通されており、第１の容器体と第２の容器体とは第１の凹部空間及び第２の凹部空間内に圧電振動素子を挿入した形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とが接合し第１の凹部空間及び第２の凹部空間を気密封止しており、第１の容器体外表面に形成した第１の外部接続用端子と一方の該素子接続用電極パッドとを、又第２の容器体外表面に形成した第２の外部接続用端子と他方の該素子接続用電極パッドとを電気的に接続してなることを特徴とする圧電振動子。
2. 箱形状の第１の容器体には該第１の容器体の一表面に開口部を有する第１の凹部空間が形成されており、箱形状の第２の容器体には第２の容器体の表面うち該第１の容器体の一表面と同形状の一表面に開口部を有する第２の凹部空間が形成されており、該第１の凹部空間及び第２の凹部空間の対向する側壁部には、圧電振動素子を該第１の凹部空間及び第２の凹部空間に挿入した際に圧電振動素子の一方の短辺近傍の表面に形成した容器接続用電極膜と対向するそれぞれの位置に、合わせて一対となる素子接続用電極パッドが形成されており、各々の該素子接続用電極パッドと容器接続用電極膜とは導電性接合剤により固着導通されており、第１の容器体と第２の容器体とは第１の凹部空間及び第２の凹部空間内に圧電振動素子を挿入した形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とが接合し第１の凹部空間及び第２の凹部空間を気密封止しており、第１の容器体及び第２の容器体を接合した際の一方の長辺方向端部外表面に形成した第１の接合外部接続用端子と一方の該素子接続用電極パッドとを、又第１の容器体及び第２の容器体を接合した際の他方の長辺方向端部外表面に形成した第２の接合外部接続用端子と他方の該素子接続用電極パッドとを電気的に接続してなることを特徴とする圧電振動子。
3. 複数の絶縁層を間に内部配線パターンを介し積層することにより、一表面に開口部を有する第一の凹部空間が形成された第１の容器体及び一表面に開口部を有する第２の凹部空間が形成された第２の容器体を形成する工程と、
   該第１の凹部空間内のみ、或いは該第１の凹部空間と第２の凹部空間のそれぞれに形成した一対の素子接続用電極パッドに導電性接合剤を塗布し、圧電振動素子を該導電性接合剤に圧電振動素子の短辺近傍表面に形成した容器接続用電極膜が接合するように挿入する工程と、
   該導電性接合剤を熱処理して硬化させることにより、圧電振動素子に形成した励振用電極膜とを前記導電性接合剤を介して第１の容器体の該内部配線パターンと電気的に接続する工程と、
   該第１の容器体及び該第２の容器体とを、第１の凹部空間及び第２の凹部空間内に圧電振動素子が挿入された形態で第１の凹部空間開口部と第２の凹部空間開口部とを接合気密封止し、且つ第１の容器体に形成された内部配線パターンと第２の容器体に形成された内部配線パターンとを電気的に接続する工程と
   を具備することを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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