JP2006148238A - 圧電デバイスとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動片の接合後も周波数シフトを生じることなく、良好な性能を発揮でき、小型化しても電極間の短絡を生じるおそれのない圧電デバイスとその製造方法を提供すること。
【解決手段】 圧電振動片３２の基部５１の幅方向の両端部に設けた接合用の電極部を接合部として、パッケージ側に対して接着することで接合する圧電デバイス３０であって、前記基部の両端部の各電極部に対する接合中心を結ぶ仮想の直線Ｃ１から離れた箇所に非導電の接着剤を用いた追加接合部４２を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスとその製造方法の改良に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図７は、従来の圧電デバイスの一例を示す概略平面図である（特許文献１参照）。
図において、圧電デバイス１は、パッケージ２と、パッケージ２の内部空間Ｓに収容された圧電振動片３とを備え、パッケージ２は蓋体４により気密に封止されている。

この従来の圧電デバイス１では、パッケージ２に収容される圧電振動片３は、図７に示すようにして、パッケージ２に接合されている。
すなわち、パッケージ２の内部空間Ｓにおいて、その底部には電極部６が露出している。この電極部６は実際には、パッケージ２の幅方向に並んで、所定の間隔をおいて２つ配置されており、一方、圧電振動片３は、その基部５の幅方向の両端部に接合用の引き出し電極８が一対形成されている。
圧電振動片３の接合工程では、パッケージ２の上述した２つの電極部６上に、それぞれ導電性接着剤７を塗布し、圧電振動片３の基部５の引き出し電極８の部分をその上に載置して、導電性接着剤７を硬化させることにより、圧電振動片３を接合している。

特開２００２−２０８８３１

しかしながら、このように圧電振動片３が接合された圧電デバイス１においては、その後、外部から衝撃を受けたり、圧電デバイス１自体を落下させるなどの外部衝撃が加わると、熱硬化性の導電性接着剤７と外部との界面７ａに応力が働き、この部分への歪み、応力変化によって、その剛性が変化してしまう。
すなわち、導電性接着剤７による接着力は変化しないが、導電性接着剤７が部分的にその剛性を低下させるため、圧電振動片３の振動エネルギーが吸収されて、圧電デバイス１の周波数がマイナス方向にシフトするという問題があった。

そこで、図８のような構成により、接合部を増やすことが考えられる。
すなわち、図８の場合には、電極部６，６の間に別の導電性接着剤９が塗布される追加の接合部を設けるようにしている。実際、このような方法は、上述した特許文献１の図２においても採用されている。
これにより、圧電デバイス１が、衝撃を受けた際に、各接合部において、塗布された接着剤の外界との界面に加えられる応力を低下させることができると考えられる。

しかしながら、追加の接合部に導電性接着剤９を塗布すると、互いに僅かな間隔を置くだけの電極部６，６を短絡させる危険がある。
特に、圧電デバイス１の小型化が進展する中、パッケージ２の小型化が進められているので、図８の構成を用いると、短絡の危険を避けることは難しく、このような手法は実際上採用することは不可能である。

また、図８の構成は以下のような欠点も有している。
図８においては、３つの接合部に塗布される導電性接着剤７，９，７の各接合中心（接着面積の中心位置）を結ぶ仮想の直線が基部５の端面５ａと平行であり、図９に示すようにこの端面５ａよりも距離Ｌ１だけ内側に位置している。
このため、圧電デバイスの外部から衝撃が作用した場合に、図９に示すＣの位置を中心として、矢印Ｘの方向に揺動しやすく、このため、揺動による応力が導電性接着剤７の界面７ａに作用して、その剛性を低下させやすいと考えられる。
したがって、単に追加の接合部を設けて導電性接着剤９を図８のように追加しても、上述した作用を原因とする周波数シフトは有効に防止することができない。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、圧電振動片の接合後も周波数シフトを生じることなく、良好な性能を発揮でき、小型化しても電極間の短絡を生じるおそれのない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。

上記目的は、第１の発明にあっては、圧電振動片の基部の幅方向の両端部に設けた接合用の電極部を接合部として、パッケージ側に対して接着することで接合する圧電デバイスであって、前記基部の両端部の各電極部に対する接合中心を結ぶ仮想の直線から離れた箇所に非導電の接着剤を用いた追加接合部を設けた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、圧電振動片の基部の幅方向の両端部に設けた接合用の電極部に対する接合部に加えて、追加接合部を設けたことにより、衝撃を受けた際に、各接合部の接着剤の外部との界面にかかる応力が低減され、この部分の剛性低下に起因する周波数のシフトを抑制することができる。
また、追加接合部は、前記基部の両端部の各電極部に対する接合中心を結ぶ仮想の直線から離れた箇所に形成するようにしたから、外部から衝撃を受けた場合に、各接合部の接合中心が揺動中心を形成することがなく、衝撃により圧電振動片が揺動することが有効に防止できるので、このような動きに起因して、接合部の接着剤の界面の剛性を低下させることを有効に防止できる。さらに、追加の接合部の接着剤は非導電性の接着剤としたので、電極部どうしを短絡するおそれもない。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記追加接合部が、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部にかかるように前記非導電の接着剤を位置させることにより形成されることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、前記追加接合部が、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部にかかるように位置させることで、前述の揺動を効果的に防止でき、かつ接着剤が基部端面に回り込んで、強固に接合される。

第３の発明は、第１または２の発明の構成において、前記追加接合部が、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部の端面に前記非導電の接着剤を位置させることにより形成されることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、前記追加接合部が、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部の端面に位置させることで、基部両端の前記接合部とは異なる面を固定することができるので、前述の揺動を一層効果的に防止できる。

第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記基部の幅方向の両端部に設けられる接合部が、該基部の幅方向の両端部の各側縁に設けられることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記基部の幅方向の両端部に設けられる接合部が、該基部の幅方向の両端部の各側縁に位置されることにより、パッケージの幅方向の寸法を有効に活用し、かつ電極部どうしの短絡を効果的に防止することができる。

第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明の構成において、前記導電性接着剤と非導電の接着剤とが、ヤング率、線膨張係数が近似もしくは一致したものであることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、周囲温度の変化による影響で、線膨張係数の違いに起因して、接合部および追加接合部の接着剤に応力が加わることを防止でき、周波数シフトの発生を防ぐことができる。

また、上記目的は、第６の発明にあっては、パッケージ内部に形成した電極部に対して、導電性接着剤を塗布し、圧電振動片の基部の幅方向の両端部に設けた電極部を接合部として、前記導電性接着剤を接合する接合工程と、この接合工程の後で、パッケージを封止する封止工程とを有する圧電デバイスの製造方法であって、前記接合工程は、前記基部の両端部の各接合部と、これら各接合部における接合中心を結ぶ仮想の直線から離れた箇所に選定される追加接合部とにより、前記圧電振動片を前記パッケージに対して接合するとともに、前記追加接合部は前記パッケージに対して非導電の接着剤を用いて固定される圧電デバイスの製造方法により、達成される。
第６の発明の構成によれば、第１の発明と同様の原理により、周波数シフトの生じない圧電デバイスを好適に製造することができる。

第７の発明は、第６の発明の構成において、前記接合工程において、前記基部の両端部の前記各接合部と、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部に前記非導電の接着剤がかかるように選定される前記追加接合部とを、それぞれパッケージに対して接合することを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、第２の発明と同様の原理により、追加接合部の接合を強固にした圧電デバイスを製造することができる。

第８の発明は、第６または７の発明の構成において、前記接合工程において、前記基部の両端部の前記各接合部と、前記追加接合部として、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部の端面とを、それぞれパッケージに対して接合することを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、第３の発明と同様の原理により、基部両端部の前記接合部とは異なる面を固定することで、周波数シフトの原因となる圧電振動片の揺動を効果的に防止した圧電デバイスを製造することができる。

第９の発明は、第６ないし８のいずれかの発明の構成において、前記接合工程において、前記基部の両端部の前記各接合部として、該基部の幅方向の両端部の各側縁を選定することを特徴とする。
第９の発明の構成によれば、第４の発明と同様の原理により、電極部の短絡を生じることなく、周波数シフトの原因となる圧電振動片の揺動を効果的に防止した圧電デバイスを製造することができる。

図１および図２は、本発明の圧電デバイスの第１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Ａ−Ａ線概略断面図である。
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、この圧電デバイス３０は、図１および図２に示すように、パッケージ３７内に圧電振動片３２を収容している。パッケージ３７は、図２に示すように、内部空間Ｓ１を有する箱形に形成されており、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図示の形状とした後で、焼結して形成されている。

パッケージ３７の内部空間Ｓ１に露出するようにして、内側底面には、電極部３１，３１が形成されている。図２に示すように、この電極部３１，３１の上に、導電性接着剤４３，４３を塗布し、圧電振動片３２の基部５１に設けた引出し電極３３，３３の箇所を載置して接合している。ここで、導電性接着剤４３は、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などのバインダーに、銀などの導電性のフィラーなどを含有する熱硬化性の接着剤を用いることができる。

なお、電極部３１，３１はパッケージ裏面の図示しない実装端子と導電スルーホールなどで接続されている。パッケージ３７は、圧電振動片３２を収容した後で、図２に示されているように、透明なガラス製の蓋体４０が封止材３８を用いて接合されることにより、気密に封止されている。これにより、蓋体４０を封止した後で、外部からレーザ光を照射して圧電振動片３２の電極などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。

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。この圧電振動片３２は、図１に示すように、パッケージ３７側と固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において右に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えている。
各振動腕３５，３６の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝をそれぞれ形成し、この長溝内に駆動用の電極である励振電極（図示せず）が設けられている。このような圧電振動片３２の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。なお、振動腕に必ずしも長溝を形成する必要はなく、その場合、励振電極は振動腕の主面に形成される。

上記励振電極は、長溝内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極は、上記した引出し電極３３，３３にそれぞれ引き回されている。これにより、圧電デバイス３０を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、各実装端子から、電極部３１，３１を介して圧電振動片３２の各引出し電極３３，３３に伝えられ、各励振電極に伝えられるようになっている。

そして、長溝内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
尚、圧電振動片３２は、図示の音叉形状のものに限らず、例えば、水晶などの圧電材料を矩形にカットしたＡＴカット振動片や、コンベックスタイプの振動片、枠の内側を肉薄にした所謂逆メサタイプの振動片などを使用することができる。

この実施形態は、上記した圧電振動片３２の接合構造に特徴がある。
すなわち、圧電振動片３２においては、導電性接着剤４３，４３が配置されている基部５１の幅方向の両端部に位置する接合部４１，４１だけでなく、接着剤４５により接合される追加接合部４２を設けている。

この追加接合部４２は、圧電振動片３２の基部５１の両端部の各引出し電極３３，３３に対する接合部４１，４１の接合中心を結ぶ仮想の直線Ｃ１から離れた箇所に非導電の接着剤を用いて接合される。
これにより、図９において説明したように、従来の接合構造において、接合中心を支点として揺動することが防止される。つまり、全ての接合部の接合中心が直線上にならぶことがないので、圧電振動片３２が揺動する支点がなくなる。
このため、圧電デバイス３０が、衝撃を受けた際に、各接合部の接着剤の外部との界面にかかる応力が低減され、この部分の剛性低下に起因する周波数のシフトを抑制することができる。

また、追加接合部４２を接合するための接着剤４５としては、非導電の接着剤が用いられる。この場合、圧電振動片３２の接合部４１，４１に用いられる導電性接着剤４３と非導電の接着剤４５とは、ヤング率、線膨張係数が近似もしくは一致したものが使用されている。
これにより、圧電デバイス３０の周囲温度の変化による影響で、線膨張係数の違いに起因して、接合部４１，４１および追加接合部４２の接着剤に応力が加わることを防止でき、周波数シフトの発生を防ぐことができる。
この実施形態では、非導電の接着剤４５として、導電性接着剤４３から導電性のフィラーを除いたものを使用することにより、ヤング率、線膨張係数が一致したものを使用している。
さらに、図１の実施形態では、追加接合部４２が、圧電振動片３２の基部５１の幅方向の端部とは異なる端部５１ａにかかるように非導電の接着剤４５を位置させている。これにより、非導電の接着剤４５が基部５１の端部５１ａの端面に回り込んで、強固に接合される。

図３および図４は圧電デバイスの第２の実施形態を示しており、図３はその概略平面図、図４は図３のＢ−Ｂ線概略断面図である。これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を説明する。

第２の実施形態にかかる圧電デバイス３０−１においては、追加接合部４２が、圧電振動片３２の基部５１の幅方向の端部とは異なる端部の端面５１ａにのみ非導電の接着剤４５を付着させることにより形成されており、他の構成は第１の実施形態と同じである。
第２の実施形態によれば、追加接合部４２が、圧電振動片３２の基部５１両端の接合部４１，４１とは異なる面を固定することができるので、前述の揺動を一層効果的に防止できる。

図５および図６は圧電デバイスの第３の実施形態を示しており、図５はその概略平面図、図６は図５のＣ−Ｃ線概略断面図である。これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、以下、相違点を説明する。

第３の実施形態にかかる圧電デバイス３０−２においては、圧電振動片３２の基部５１の幅方向の両端部に設けられる接合部４１，４１が、基部５１の幅方向の両端部の各側縁５１ｂ，５１ｂに設けられる。
すなわち、この実施形態では、圧電振動片３２の基部５１の幅方向の両端部の各側縁５１ｂ，５１ｂに引出し電極３３，３３が形成されている。
一方、パッケージ３７の内部空間Ｓ１において、基部５１側の内壁３７ａ，３７ａには、電極部３１，３１が形成され、この電極部は図示しない実装端子と接続されている。この電極部３１，３１には、導電性接着剤４３，４３が塗布されることにより、圧電振動片３２の引出し電極３３，３３と機械的・電気的に接続されている。圧電振動片３２の基部５１の端部付近には、非導電の接着剤４５が広い範囲で配置されている。この非導電の接着剤４５の接合中心は、基部５１の端面５１ａ付近である。

これにより、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同一の作用効果に加えて、パッケージ３７の幅方向の寸法を有効に活用し、かつ電極部３１，３１どうしの短絡を効果的に防止することができる。

（圧電デバイスの製造方法）
図１の圧電デバイス３０の製造方法について、簡単に説明する。
先ず、圧電振動片３２とパッケージ３７を別々に形成する。
圧電振動片３２は、例えば、水晶ウエハをフッ酸などでエッチングして、図１の形態を形成する。その後、全面に下地層のクロムまたはミッケルを成膜し、その上に金を成膜して、フォトリソグラフィの工程を経ることにより、必要な駆動電極として励振電極と引出し電極を形成する。
パッケージ３７は、グリーンシートを成形して図１および図２の形態に成形し、必要なパターンを形成して焼結して形成することができる。

次いで、図１および図２に示すように、パッケージ３７の電極部３１，３１上に導電性接着剤４３，４３を塗布し、さらに、非導電の接着剤４５を塗布して、その上に圧電振動片３２を搭載し、接着剤を硬化させることにより、圧電振動片３２を接合する（接合工程）。

この接合工程においては、第１の圧電デバイス３０の製造においては、図１で説明した箇所に非導電の接着剤４５を塗布して追加接合部４２の接合が行われる。
第２の実施形態の圧電デバイス３０−１を製造する場合には、非導電の接着剤４５を圧電振動片３２の基部５１の端面５１ａにのみ接合されるようにして、追加接合部４２の接合を行う。
第３の実施形態の圧電デバイス３０−２を製造する場合には、図５，図６で説明したように、パッケージ側の内壁の電極部３１，３１に導電性接着剤４３，４３を塗布し、底面には、非導電の接着剤４５を塗布して、各接合部４１，４１および追加接合部４２の接合を行う。

次いで、真空チャンバーなどにパッケージ３７を収容し、封止材３８を用いて、蓋体４０を気密に接合し（封止工程）、圧電デバイス３０（３０−１，３０−２）を完成することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。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。
また、この発明は、圧電振動片をジャイロセンサーとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。

本発明の圧電デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 圧電デバイスの第２の実施形態を示す概略平面図。 図３のＢ−Ｂ線概略断面図。 圧電デバイスの第３の実施形態を示す概略平面図。 図５のＣ−Ｃ線概略断面図。 従来の圧電振動片の概略断面図。 図７の圧電振動片の接合部を拡大して示す図。 図７の接合部に外部から衝撃が加えられた場合の作用を説明する図。

符号の説明

３０，３０−１，３０−２・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３３，３３・・・引出し電極、３５，３６・・・振動腕、４１，４１・・・接合部、４２・・・追加接合部、４３，４３・・・導電性接着剤、４５・・・非導電の接着剤、５１・・・基部

Claims (9)

1. 圧電振動片の基部の幅方向の両端部に設けた接合用の電極部を接合部として、パッケージ側に対して接着することで接合する圧電デバイスであって、
   前記基部の両端部の各電極部に対する接合中心を結ぶ仮想の直線から離れた箇所に非導電の接着剤を用いた追加接合部を設けた
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記追加接合部が、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部にかかるように前記非導電の接着剤を位置させることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記追加接合部が、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部の端面に前記非導電の接着剤を位置させることにより形成され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. 前記基部の幅方向の両端部に設けられる接合部が、該基部の幅方向の両端部の各側縁に設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 前記導電性接着剤と非導電の接着剤とが、ヤング率、線膨張係数が近似もしくは一致したものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
6. パッケージ内部に形成した電極部に対して、導電性接着剤を塗布し、圧電振動片の基部の幅方向の両端部に設けた電極部を接合部として、前記導電性接着剤を接合する接合工程と、この接合工程の後で、パッケージを封止する封止工程とを有する圧電デバイスの製造方法であって、
   前記接合工程は、前記基部の両端部の各接合部と、これら各接合部における接合中心を結ぶ仮想の直線から離れた箇所に選定される追加接合部とにより、前記圧電振動片を前記パッケージに対して接合するとともに、前記追加接合部は前記パッケージに対して非導電の接着剤を用いて固定される
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
7. 前記接合工程において、前記基部の両端部の前記各接合部と、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部に前記非導電の接着剤がかかるように選定される前記追加接合部とを、それぞれパッケージに対して接合することを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイスの製造方法。
8. 前記接合工程において、前記基部の両端部の前記各接合部と、前記追加接合部として、前記基部の幅方向の端部とは異なる端部の端面とを、それぞれパッケージに対して接合することを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
9. 前記接合工程において、前記基部の両端部の前記各接合部として、該基部の幅方向の両端部の各側縁を選定することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。

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