JP2006140615A - 圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電デバイスの耐衝撃性を損なうことなく、パッケージのマウント電極と圧電振動片との導通性を改善し、良好な振動特性を得ることができる圧電デバイスと、その製造方法を提供すること。
【解決手段】 マウント電極３１を有するパッケージ３６と、マウント電極３１に導電性接着剤４３で接合された圧電振動片３２とを備えた圧電デバイスであって、マウント電極３１は、圧電振動片側の表面に、金または金合金が露出された凹部６０を有しており、導電性接着剤４３は、凹部６０内に塗布された硬質性の導電性接着剤４３ａと、この硬質性の導電性接着剤より圧電振動片側に配置された柔軟性の導電性接着剤４３ｂとから形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パッケージ内のマウント電極に導電性接着剤を用いて接合された圧電振動片を有する圧電デバイスとその製造方法に関する。

図４は、従来の圧電デバイス１の構成例を示す概略図である。この図において、従来の圧電デバイス１は、パッケージ６内に圧電振動片２が収容されている。
パッケージ６は、その内側の底部に、互いに異極となるマウント電極３，３を有している。このマウント電極３，３は、実装基板と電気的機械的に接続される実装端子４，４と電気的に接続されて、圧電振動片２に駆動電圧を印加するための電極となる。
実装端子４，４は、ハンダの濡れ性を確保し、あるいは酸化防止のためにも、金または金合金でメッキされており、この実装端子４，４と電気的に接続されているマウント電極３，３も同時に金または金合金でメッキされ、抵抗値が低くなるように形成されている。

そして、このマウント電極３，３の上に導電性接着剤７，７が塗布され、この導電性接着剤７，７を介して、圧電振動片２がマウントされている。
導電性接着剤７，７には、シリコーン系導電性接着剤等の柔軟性の導電性接着剤が使用されている。すなわち、柔軟性の導電性接着剤は、柔軟性のある合成樹脂に導電性の粒子を含有させた導電性接着剤で、耐衝撃吸収力が高く、パッケージ６の外部から衝撃が加わった場合に、その衝撃を吸収することができるため、圧電デバイス１の振動特性を良好に維持することができ、圧電デバイスの分野において特に使用されている。

しかしながら、この柔軟性の導電性接着剤は、金または金合金で形成したマウント電極３，３との導通性が悪く、そのため、圧電デバイス１のＣＩ値（クリスピタルインピーダンス値）が増大してしまう恐れがあるという特性も持ち合わせている。
このため、出願人は、図４のＡ−Ａ線の位置で切断した場合の概略断面図である図５に示すような圧電デバイス１０を提案した（例えば、特許文献１参照）。

この圧電デバイス１０は、マウント電極３に、シリコーン系導電性接着剤に比べてマウント電極との導通性がよい硬質のエポキシ系もしくはポリイミド系の導電性接着剤１１を塗布し、さらにその上にシリコーン系導電性接着剤１２が塗布するようにされている。
このように、硬質の導電性接着剤１１によりマウント電極３との導通性を確保しつつ、その上の柔軟性の導電性接着剤１２により外部からの衝撃を受けても衝撃を吸収できる圧電デバイス１０を実現している。

特許第３４３８７１１号公報

ところが、この硬質の導電性接着剤１１は、例えばディスペンサ等で塗布する際、図５の一点鎖線で囲った導電性接着剤付近の拡大図に示されるように、平滑に塗布できるわけではなく、その粘性から、一部が圧電振動片２側に突出するような突部Ｐが形成されることになる。
そして、このように硬質の導電性接着剤１１に突部Ｐが存在する状態で、その上にシリコーン系導電性接着剤１２を塗布し、さらにその上に圧電振動片２を載置して荷重Ｖをかけながら加熱してマウントすると、この硬質の突部Ｐが支点となって圧電振動片２が傾いてしまい、圧電振動片２の先端２ａがパッケージ６に接触してしまう恐れが生じた。
また、硬質の導電性接着剤１１と圧電振動片２とが接触した形で接合されていると、衝撃力が負荷された際に、圧電振動片２への衝撃が緩和されないといった不具合も生じる。

本発明は、圧電デバイスの耐衝撃性を損なうことなく、パッケージのマウント電極と圧電振動片との導通性を改善し、良好な振動特性を得ることができる圧電デバイスと、その製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明によれば、マウント電極を有するパッケージと、前記マウント電極に導電性接着剤で接合された圧電振動片とを備えた圧電デバイスであって、前記マウント電極は、前記圧電振動片側の表面に、金または金合金が露出された凹部を有しており、前記導電性接着剤は、前記凹部内に塗布された硬質性の導電性接着剤と、この硬質性の導電性接着剤より前記圧電振動片側に配置された柔軟性の導電性接着剤とから形成されている圧電デバイスにより達成される。

第１の発明の構成によれば、硬質性の導電性接着剤より圧電振動片側に柔軟性の導電性接着剤が配置されている。したがって、外部からの衝撃があっても、その衝撃を柔軟性の導電性接着剤が吸収できる。
また、マウント電極の表面に金または金合金が露出されているが、このマウント電極には、例えばエポキシ系やポリイミド系などの硬質性の導電性接着剤が塗布されているので、マウント電極との導通性を改善することもできる。

さらに、マウント電極は圧電振動片側の表面に凹部を有し、そして、硬質性の導電性接着剤は、この凹部に塗布されている。このため、たとえ突部を有する硬質性の導電性接着剤が塗布されたとしても、少なくとも、この凹部内に収容された分だけ、突部を圧電振動片から離して、圧電振動片に接触する恐れを軽減する。しかも、硬質性の導電性接着剤は、硬化する際、凹部の内壁と硬質性の導電性接着剤との間に生じた隙間を埋めるように収縮するため、硬質性の導電性接着剤の塗布の際にできた突部は消滅しようとする。したがって、突部が圧電振動片に接触する恐れはさらに軽減され、圧電振動片に荷重をかけてマウントしても、圧電振動片が傾いてパッケージに接触してしまうことを防止し、また、硬質の導電性接着剤が外部からの衝撃力を圧電振動片に伝達してしまうという不具合も防止できる。
かくして、本発明の効果として、圧電デバイスの耐衝撃性を損なうことなく、パッケージのマウント電極と圧電振動片との導通性を改善し、良好な振動特性を得ることができる圧電デバイスを提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記柔軟性の導電性接着剤は、シリコーン系の導電性接着剤であることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、柔軟性の導電性接着剤は、シリコーン系の導電性接着剤であるため、その柔軟性から、上述のように外部からの衝撃や発生した応力を良好に吸収でき、圧電デバイスの振動特性を良好に維持することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記硬質性の導電性接着剤は、ポリイミド系の導電性接着剤であることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、硬質性の導電性接着剤は、ポリイミド系の導電性接着剤であるため、マウント電極が金等で形成されていても、導通性を良好に改善することができる。また、ポリイミド系の導電性接着剤は、硬化時の収縮率が高いため、硬質性の導電性接着剤の塗布の際にできた突部は、第１の発明に比べて、凹部内で硬化する際に、より消滅しようとする。したがって、圧電振動片に荷重をかけてマウントしても、圧電振動片が傾いてパッケージに接触してしまうことを格段に防止できる。

また、上述の目的は、第４の発明によれば、パッケージにマウント電極を形成する工程と、前記マウント電極に圧電振動片を導電性接着剤で接合するマウント工程とを備える圧電デバイスの製造方法であって、前記マウント電極を形成する工程において、前記マウント電極の前記圧電振動片側の表面に、金または金合金が露出するようにして凹部を形成し、前記マウント工程では、硬質性の導電性接着剤を前記凹部内に塗布して硬化し、その後、柔軟性の導電性接着剤を前記硬質性の導電性接着剤の上に塗布して、前記柔軟性の導電性接着剤の上に前記圧電振動片を載置してから加熱する圧電デバイスの製造方法により達成される。

第４の発明の構成によれば、マウント電極を形成する工程において、マウント電極の圧電振動片側の表面に、金または金合金が露出するようにして凹部を形成し、マウント工程では、硬質性の導電性接着剤を凹部内に塗布して硬化している。このため、第１の発明で説明したように、圧電デバイスの導通性を改善するとともに、硬質性の導電性接着剤が圧電振動片に接触する恐れが防止できる。
そして、この硬質性の導電性接着剤を硬化した後、柔軟性の導電性接着剤を硬質性の導電性接着剤の上に塗布して、柔軟性の導電性接着剤の上に圧電振動片を載置している。したがって、圧電振動片には柔軟性の導電性接着剤が付着し、第１の発明と同様に、外部からの衝撃を吸収して、圧電デバイスの振動特性を良好に維持できる。

第５の発明は、第４の発明の構成において、前記硬質性の導電性接着剤は、前記柔軟性の導電性接着剤と同等以上の耐熱性を有することを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、硬質性の導電性接着剤は、前記柔軟性の導電性接着剤と同等以上の耐熱性を有するため、第４の発明のように、硬質性の導電性接着剤を硬化させた後、柔軟性の導電性接着剤を加熱しても、その加熱によって既に硬化している硬質性の導電性接着剤に悪影響が及ぶことを防止できる。

図１および図２は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図である。
尚、この発明で、圧電デバイスとは、圧電振動子や圧電発振器等の名称にかかわらず、パッケージ内に圧電振動片を収容した全ての製品を意味する。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０は、パッケージ３６内に圧電振動片３２を収容している。

パッケージ３６は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して矩形の箱状に形成され、内側に所定の内部空間Ｓを有している。
この内部空間Ｓは、圧電振動片３２を収容する空間であり、パッケージ３６の開放された上端にロウ材３３を介して蓋体３９が接合されることにより、封止されている。

そして、パッケージ３６の内部空間Ｓ内の図において左端部付近において、内部空間Ｓに露出して底部を構成するベースとなる積層基板にはマウント電極３１，３１が設けられている。このマウント電極３１，３１は、実装端子４０，４０と電気的に接続されて互いに異極となり、圧電振動片３２に駆動電圧を供給するものである。

すなわち、マウント電極３１，３１および実装端子４０，４０は、ともに同様の層構造で同時に形成されるようになっており、例えば図２に示すように、下地としてタングステン（Ｗ）７０をメタライズし、その上にニッケル（Ｎｉ）７１をメッキし、さらに、その上に金または金合金７２が露出するようにしてメッキされている。
そして、マウント電極３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に圧電振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化することで、マウント電極３１，３１に圧電振動片３２が接合されている。

導電性接着剤４３，４３は、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものであり、本実施形態では、図２の一点鎖線で囲んだマウント電極付近を拡大した図に示されるように、それぞれ、柔軟性の導電性接着剤４３ｂと、この柔軟性の導電性接着剤４３ｂよりも前に、予め硬化してある硬質性の導電性接着剤４３ａとから形成されている。
このマウント電極３１，３１、及び導電性接着剤４３，４３については、後で詳細に説明する。

圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
本実施形態の場合、圧電振動片３２は、小型に形成して必要な性能を得るために、パッケージ３６側と固定される基部５１と、この基部５１から図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５とを備えた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。尚、圧電振動片３２は、このような音叉型のものに限られるものではなく、例えば圧電材料を矩形にカットした、所謂ＡＴカット振動片等の種々の圧電振動片を利用することができる。

圧電振動片３２の基部５１の導電性接着剤４３，４３と触れる部分には、振動腕３４，３５の各々に駆動電圧を伝えるための、引出電極５２ａ，５２ｂが形成されている。すなわち、振動腕３４，３５のそれぞれには、互いに異極となる励振電極５４，５５が設けられており、この励振電極５４と引出電極５２ａが、励振電極５５と引出電極５２ｂとが一体に形成されている。これら引出電極５２ａ，５２ｂおよび励振電極５４，５５は、例えば、下地層をクロム（Ｃｒ）とし、その上に金（Ａｕ）を成膜するようにして形成されている。

次に、マウント電極３１，３１および導電性接着剤４３，４３について、詳細に説明する。
マウント電極３１，３１は、図２に示されるように、それぞれ圧電振動片３２側の表面に凹部６０を有している。この凹部６０は、本実施形態では、マウント電極３１，３１を構成するタングステン（Ｗ）７０の厚みを部分的に変えることで形成されている。

具体的には、パッケージ３６にマウント電極３１，３１を形成する工程で、図２に示すように、タングステン７０として、第１および第２のタングステン７０ａ，７０ｂを用意し、第１のタングステン７０ａをパッケージ内側底部にメタライズし、この第１のタングステン７０ａの上に、平面視において多角形状の領域を除くようにして、第２のタングステン７０ｂをメタライズする。そして、これら第１および第２のタングステン７０ａ，７０ｂの上にニッケル７１及び金等７２をメッキして、第２のタングステン７０ｂをメタライズしなかった平面視における多角形状の領域を凹部６０とする（図１参照）。
なお、凹部６０は、上述のように２層のタングステン７０ａ，７０ｂを利用しなくても、例えば、パッケージ６０自体を窪ませて、その上に、従来のようにタングステンを一層だけメタライズして、ニッケル及び金メッキするようにして形成してもよい。

そして、導電性接着剤４３は、この凹部６０内に塗布された硬質性の導電性接着剤４３ａと、この硬質性の導電性接着剤４３ａより圧電振動片３２側に配置された柔軟性の導電性接着剤４３ｂとから形成されている。
柔軟性の導電性接着剤４３ｂは、外部からの衝撃を圧電振動片３２に伝えずに吸収するための接着剤であって、本実施形態では、その衝撃を良好に吸収できるように、シリコーン系の導電性接着剤が利用されている。
また、本実施形態における柔軟性の導電性接着剤４３ｂは、圧電振動片３２の引出電極５２ａ，５２ｂに付着して、圧電振動片３２と硬質性の導電性接着剤４３ａとの間に介在している。これにより、硬質性の導電性接着剤４３ａが圧電振動片３２と接触することによる不具合を防止できる。

硬質性の導電性接着剤４３ａは、マウント電極３１，３１表面の金または金合金７２との導通性を改善するために塗布される接着剤であって、シリコーン系の導電性接着剤と比較して導通性の高いエポキシ系あるいはポリイミド系の導電性接着剤等が利用されている。
より具体的には、マウント電極に導電性接着剤を塗布する際の説明図である図３のようにマウント工程を行うため、硬質性の導電性接着剤４３ａは、硬化時に高い収縮率を有することが好ましく、本実施形態では、樹脂硬化時の収縮率が約１５％と高いポリイミド系導電性接着剤を利用している。

すなわち、マウント電極３１，３１に圧電振動片３２を接合するマウント工程では、図３（ａ）に示すように、まず、凹部６０内に硬質性の導電性接着剤４３ａをディスペンサーなどで塗布してから、図３（ｂ）に示すように、硬質性の導電性接着剤４３ａを加熱硬化する。そして、図３（ｃ）に示すように、硬質性の導電性接着剤４３ａの上に柔軟性の導電性接着剤４３ｂを配置して、その後、柔軟性の導電性接着剤４３ｂの上に圧電振動片３２を軽く荷重をかけながら載置して加熱硬化するようにしている。

そうすると、図３（ａ）に示すように、凹部６０内に硬質性の導電性接着剤４３ａをディスペンサーなどで塗布する際には、硬質性の導電性接着剤４３ａの粘度により、圧電振動片３２側（図３では上側）に突出した突部Ｐ１が形成される。そして、この突部Ｐ１が圧電振動片３２を載置する際に残って、圧電振動片３２に接触してしまうと、突部Ｐ１が支点となって圧電振動片３２が傾いてマウントされてしまう。
ところが、この硬質性の導電性接着剤４３ａは、乾燥硬化する際に、図３（ｂ）に示すように、凹部６０の内壁と硬質性の導電性接着剤４３ａとの間に生じた図３（ａ）に示す隙間Ｓ２を埋めるように収縮するため、突部Ｐ１は消滅しようとする。したがって、硬質性の導電性接着剤４３ａは、硬化時の収縮率が高い方が好ましく、上述したように、ポリイミド系の導電性接着剤を利用している。

さらに、本圧電デバイス３０の製造方法では、図３（ｃ）に示すように、硬質性の導電性接着剤４３ａが硬化した後に、柔軟性の導電性接着剤４３ｂを加熱硬化するために、柔軟性の導電性接着剤４３ｂを加熱する際には、硬質性の導電性接着剤４３ａも加熱されることになる。このため、硬質性の導電性接着剤４３ａは、柔軟性の導電性接着剤４３ｂよりも耐熱性に優れた接着剤であることが好ましく、本実施形態では、シリコーン系の導電性接着剤よりも耐熱性の高いポリミイド系の導電性接着剤が使用されている。

本発明の実施形態は以上のように構成されており、圧電振動片３２に柔軟性の導電性接着剤４３ｂが付着しているため、外部からの衝撃があっても、この柔軟性の導電性接着剤４３ｂがその衝撃を吸収し、また、加熱により硬質性の導電性接着剤４３ａの形状が変化して応力が発生しても、その応力が圧電振動片３２に影響を及ぼすことがなく、圧電デバイス３０の振動特性を良好にすることもできる。
しかも、マウント電極３１の表面に金または金合金が露出されているが、このマウント電極３１には硬質性の導電性接着剤４３ａが塗布されているので、マウント電極３１との導通性を改善することもできる。

さらに、マウント電極３１は圧電振動片３２側の表面に凹部６０を有し、そして、硬質性の導電性接着剤４３ａは、この凹部６０に塗布されている。このため、硬質性の導電性接着剤４３ａは、塗布時に突部Ｐ１が形成されたとしても、少なくとも、この凹部６０内に収容された分だけ、突部Ｐ１を圧電振動片３２から離すことができる。しかも、硬質性の導電性接着剤４３ａは、乾燥硬化する際、凹部６０の内壁と硬質性の導電性接着剤４３ａとの間に生じた隙間Ｓ２を埋めるように収縮するため、突部Ｐ１は消滅しようとする。これにより、硬質性の導電性接着剤４３ａが圧電振動片３２に接触する恐れはさらに軽減される。したがって、圧電振動片３２に荷重をかけるようにマウントしても、圧電振動片３２が傾いてパッケージ３６に接触してしまうことを防止し、また、硬質性の導電性接着剤４３ａが圧電振動片３２に接触して、外部からの衝撃が緩和されないといった不具合も防止できる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
例えば、マウント電極３１上に塗布された硬質性の導電性接着剤４３ａが、圧電振動片３２の基部５１の引出電極５２ａ，５２ｂに接触しないようになっていれば、凹部６０を形成する領域は、マウント電極３１の中央付近に限られず、周縁付近にあってもよい。また、凹部６０の平面視における形状も、本実施形態のように多角形状に限られず、例えば円形であってもよく、その数も一つに限られず、複数形成されていてもよい。

本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。 図１のＢ−Ｂ線概略断面図。 マウント電極に導電性接着剤を塗布する際の説明図であって、（ａ）はマウント電極に硬質性の導電性接着剤を塗布した図、（ｂ）は硬質性の導電性接着剤が乾燥硬化した図、（ｃ）は柔軟性の導電性接着剤を配置した図。 従来の圧電デバイスの一例を示す概略斜視図。 図４のＡ−Ａ線の位置で切断した場合の概略断面図。

符号の説明

３０・・・圧電デバイス、３１・・・マウント電極、３２・・・圧電振動片、３６・・・パッケージ、４３・・・導電性接着剤、４３ａ・・・硬質性の導電性接着剤、４３ｂ・・・柔軟性の導電性接着剤、６０・・・凹部

Claims (5)

1. マウント電極を有するパッケージと、前記マウント電極に導電性接着剤で接合された圧電振動片とを備えた圧電デバイスであって、
   前記マウント電極は、前記圧電振動片側の表面に、金または金合金が露出された凹部を有しており、
   前記導電性接着剤は、前記凹部内に塗布された硬質性の導電性接着剤と、この硬質性の導電性接着剤より前記圧電振動片側に配置された柔軟性の導電性接着剤とから形成されている
   ことを特徴とする、圧電デバイス。
2. 前記柔軟性の導電性接着剤は、シリコーン系の導電性接着剤であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記硬質性の導電性接着剤は、ポリイミド系の導電性接着剤であることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の圧電デバイス。
4. パッケージにマウント電極を形成する工程と、前記マウント電極に圧電振動片を導電性接着剤で接合するマウント工程とを備える圧電デバイスの製造方法であって、
   前記マウント電極を形成する工程において、前記マウント電極の前記圧電振動片側の表面に、金または金合金が露出するようにして凹部を形成し、
   前記マウント工程では、硬質性の導電性接着剤を前記凹部内に塗布して硬化し、その後、柔軟性の導電性接着剤を前記硬質性の導電性接着剤の上に塗布して、前記柔軟性の導電性接着剤の上に前記圧電振動片を載置してから加熱する
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
5. 前記硬質性の導電性接着剤は、前記柔軟性の導電性接着剤と同等以上の耐熱性を有することを特徴とする、請求項４に記載の圧電デバイスの製造方法。

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