JP2006254210A

JP2006254210A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2006254210A
Application number: JP2005069639A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsuchido; 健次土戸
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】ロウ材が振動領域に付着することを防止して、優れた振動特性を得ることができる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】振動領域に形成された励振電極４２，４３と電気的に接続され、外部に電極を引き出すための引出し電極４６，４７を有する圧電素子２０と、引出し電極４６，４７と金属系ロウ材５４，５８により接合される基体４０，５０とを備えた圧電デバイスであって、圧電素子２０は、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とをつなぐ連結電極４８，４９を有しており、この連結電極４８，４９の表面には、金属系ロウ材５４，５８と濡れ性の悪い材料６０が、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とを隔てるように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電素子上に励振電極と電気的に接続された引出し電極を有し、この引出し電極と金属系ロウ材で接合される基体を備えた圧電デバイスに関する。

図３は従来の圧電デバイス１の概略縦断面図である（例えば、特許文献１参照）。
この圧電デバイス１は、３枚の水晶板２，３，４を重ねて形成されている。
水晶板２は、水晶板３，４に挟まれており、中央部２ａの上下面を凹状に加工した所謂逆メサ形にして、中央部２ａの上下に内部空間Ｓが形成されるようになっている。この水晶板２の中央部２ａの上下面には、中央部を積極的に振動させるための励振電極５ａ，５ｂが設けられ、下面の励振電極５ｂは、外側まで引き出されて、実装端子部７に接続された引出し電極６ｂと電気的に接続されている。また、上面の励振電極５ａは、外側に設けられた貫通孔９の内面まで引き出されて、実装端子部７に接続された引出し電極６ａと電気的に接続されている。

水晶板３は、引出し電極６ａ，６ｂが設けられた位置に貫通孔８，８を有し、この貫通孔８，８内には、引出し電極６ａ，６ｂに接続するようにして導電材料１０，１０が充填されている。この導電材料１０，１０は、水晶板３の下面から若干突出しており、この突出した部分を実装端子部７，７にしている。
そして、水晶板２を挟むようにして、水晶板３および水晶板４を、金／錫など金属系のロウ材１１で接合固定している。すなわち、このロウ材１１は、内部空間Ｓを密封する必要があるため、一周にわたって設けられ、このロウ材１１を加熱溶融して、３枚の水晶板２，３，４を接合している。

特願２００４−３２８４４２特許公開公報

ところで、このような圧電デバイス１においては、引出し電極６ａ，６ｂとロウ材１１とが接触するような構造になっている。このため、水晶板２，３，４を接合するためにロウ材１１を加熱溶融すると、金／錫など金属系のロウ材１１は、引出し電極６ａ，６ｂに濡れ拡がって、この引出し電極６ａ，６ｂと接続された励振電極５ａ，５ｂにまで濡れ拡がろうする恐れがある。
そうすると、ロウ材１１が励振電極５ａ，５ｂにまで付着して、中央部２ａの重量が重くなり、クリスタルインピーダンス値（以下、「ＣＩ値」という）や周波数が変化して、所望する圧電デバイスの特性を得ることができなくなってしまう。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、ロウ材が振動領域に付着することを防止して、優れた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を目的とする。

上述の目的は、第１の発明にあっては、振動領域に形成された励振電極と電気的に接続され、外部に電極を引き出すための引出し電極を有する圧電素子と、前記引出し電極と金属系ロウ材により接合される基体とを備えた圧電デバイスであって、前記圧電素子は、前記励振電極と前記引出し電極とをつなぐ連結電極を有しており、この連結電極の表面には、前記金属系ロウ材と濡れ性の悪い材料が、前記励振電極と前記引出し電極とを隔てるように配置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、圧電素子は、励振電極と引出し電極とをつなぐ連結電極を有しており、この連結電極の表面には、金属系ロウ材と濡れ性の悪い材料が配置されている。このため、引出し電極と基体とを接合する際の金属系ロウ材が、加熱溶融して濡れ拡がり、連結電極に伝わってきても、濡れ性の悪い材料の位置で、金属系ロウ材が濡れ拡がらなくなる。そして、この濡れ性の悪い材料は、励振電極と引出し電極とを隔てるように配置されている。したがって、金属系ロウ材が連結電極を伝わって励振電極側に流出するような事態を有効に防止できる。
かくして、ロウ材が振動領域に付着することを防止して、優れた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。
なお、金属系ロウ材と濡れ性の悪い材料は、連結電極の表面に配置されているので、この濡れ性の悪い材料が、引出し電極と励振電極との導通を阻害するようなことはない。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記圧電素子は前記振動領域を囲む枠部を有し、この枠部の主面に前記引出し電極が設けられており、前記基体は、前記枠部の主面を挟むようにしたリッド基体とベース基体とを備えている、ことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、圧電素子は振動領域を囲む枠部を有し、この枠部の主面に引出し電極が設けられているが、この枠部の主面はリッド基体とベース基体とで挟まれている。このため、金属系ロウ材は、リッド基体とベース基体とに挟まれた際に圧力が加わって、より連結電極を伝わって励振電極側に流れようとする。しかし、第２の発明は第１の発明の構成を有するので、金属系ロウ材の励振電極への流出を有効に防止できる。

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、前記連結電極は、前記引出し電極側から前記励振電極側に向かうにしたがって下るように傾斜している、ことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、連結電極は、引出し電極側から励振電極側に向かうにしたがって下るように傾斜しているので、連結電極で濡れ拡がった金属系ロウ材は、より励振電極側に流れ易くなる。ところが、第３の発明は、第１の発明の構成を有するので、金属系ロウ材の励振電極への流出を有効に防止できる。

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成において、前記濡れ性の悪い材料は凸状となっていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、濡れ性の悪い材料は凸状となっているので、この凸状がダムとなって、金属系ロウ材の励振電極への流出を、第１ないし第３の発明に比べてより防止できる。

図１および図２は、本発明の圧電デバイスの一実施形態を示しており、図１はその概略分解斜視図、図２は図１の圧電デバイスを組み合わせてＡ−Ａ線の位置で切断した際の概略断面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は圧電振動子を例示しており、圧電素子２０と、この圧電素子２０が接合される基体３２とを備えており、本実施形態の場合、基体３２は、圧電素子２０を挟むようにしたリッド基体４０とベース基体５０とから構成されている。

先ず圧電素子２０について説明する。
圧電素子２０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、圧電素子２０は、水晶ウエハーを定められた方向に沿ってカットした所謂ＡＴカットとされており、中央の振動部２２と、この振動部２２を囲む枠部２４とを備えている。

中央の振動部２２は、発振周波数に応じた厚さに設定された振動領域である。ここでは、振動部２２は、フォトリソグラフィ技術により形成したレジストパターンを利用し、ケミカルエッチングやブラスト加工により矩形状にカットされ、さらに、枠部２４に比べて厚みが薄くなるように形成されている。これにより、図２に示すように、リッド基体４０とベース基体５０とで挟まれた際に、振動部２２の周囲には、密閉した内部空間Ｓが形成されるようになっている。
そして、この厚みの薄い領域の主面である上下面には、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）をスパッタして、互いに異極となる励振電極４２，４３が形成されている。これにより、上面の励振電極４２と下面の励振電極４３との間で効率よく電界を生じさせて、振動部２２は厚みすべり振動をするようになっている。

枠部２４は、振動部２２を囲むようにして形成されており、リッド基体４０とベース基体５０とに挟まれて、圧電素子２０を固定するための領域となる。
本実施形態の場合、枠部２４の外形サイズは、リッド基体４０およびベース基体５０の外形サイズと略同様である。また、枠部２４は、振動部２２よりも厚く形成されており、その角部付近には、図１に示すように、平面視において１／４円弧に切り欠かれたキャスタレーション２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが形成されている。このキャスタレーション２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、圧電素子２０をウエハーから切り出す際のガイドになると共に、励振電極４２，４３と底面に配置された実装端子部４４，４５とを電気的に接続するための導通路となる。

すなわち、枠部２４の上下面の全周には、励振電極４２，４３と電気的に接続されて外部に電極を引き出すための引出し電極４６，４７が形成されている。この引出し電極４６，４７は、励振電極４２，４３と同様に、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）をスパッタして形成されている。そして、上面の引出し電極４６は、図１の手前及び右側のキャスタレーション２４ａ，２４ｂ、及びベース基体５０の図１の手前側及び右側のキャスタレーション５０ａ，５０ｂを引き回されて、実装端子部４５と接続されている。また、下面の引出し電極４７は、ベース基体５０に設けられた図１の左側のキャスタレーション５０ｄと図１の奥側のキャスタレーション（図示せず）を引き回されて、実装端子部４４と接続されている。

そして、この中央の振動部２２と、これを囲む枠部２４とは、支持部２６，２７により接続されている。支持部２６，２７は、振動部２２を吊るすようにして支持するとともに、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とを電気的に接続するための通路の役割を果たしている。
具体的には、支持部２６，２７は、振動部２２の対向する側面の中央付近に２本だけ設けられており、このため、支持部２６，２７が設けられていない振動部２２と枠部２４との間は貫通孔２８となっている。

また、複数の支持部２６，２７のうち、一方の支持部２６の上面には、振動部２２の励振電極４２と枠部２４の引出し電極４６とをつなぐ連結電極４８が形成され、他方の支持部２７の下面には、図２に示すように、振動部２２の励振電極４３と枠部２４の引出し電極４７とをつなぐ連結電極４９が形成されており、連結電極４８と連結電極４９とは接触しないように配置されている。
また、支持部２６，２７は、枠部２４から振動部２２に向かうにしたがって除々にその厚みが薄くなるように形成されており、このため、連結電極４８は、引出し電極４６から励振電極４２に向かうにしたがって下るように傾斜している。すなわち、枠部２４側で高く、振動部２２側で低くなる傾斜面を有している。

次に、基体３２について説明する。
基体３２は、圧電素子２０を接合固定して、振動領域を密封するための部材であり、本実施形態の場合、基体３２は、枠部２４を挟みながら加熱圧着して圧電素子２０と接合されるようになっており、リッド基体４０およびベース基体５０を備えている。
具体的には、基体３２は、絶縁材料を利用して形成されており、本実施形態の場合、圧電素子２０をリッド基体４０とベース基体５０とで挟んで加熱した場合に、応力が生じて亀裂などが入らないようにするため、圧電素子２０と略同様の熱膨張係数を有する部材が選択され、例えば、水晶或いはガラスで形成されている。

リッド基体４０は、圧電素子２０の外形サイズと略同様の外形サイズを有し、矩形状に形成されている。そして、リッド基体４０の下面の周縁全周に、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）をスパッタした接合用金属膜５２が被膜され、図２に示すように、枠部２４の表面の引出し電極４６との間に、金／錫等の金属系ロウ材５４が適用されて、枠部２４と接合されるようになっている。

ベース基体５０も、圧電素子２０の外形サイズと略同様の外形サイズを有し、矩形状に形成されている。また、ベース基体５０の場合は、図１に示すように、その下面に実装端子部４４，４５が設けられており、この実装端子部４４，４５と引出し電極４６，４７とを電気的に接続するための導通路となるキャスタレーション５０ａ，５０ｂ，５０ｄが形成されている。
そして、ベース基体５０の周縁全周が、圧電素子２０の枠部２４と接合されるようになっており、ベース基体５０の上面に、例えばクロム（Ｃｒ）および金（Ａｕ）をスパッタした接合用金属膜５６が被膜され、図２に示すように、枠部２４の下面の引出し電極４７との間に、金／錫等の金属系ロウ材５８が適用されて、枠部２４と接合されるようになっている。

ここで、本実施形態は、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とをつなぐ連結電極４８，４９の表面には、金属系ロウ材５４，５８と濡れ性の悪い材料６０が設けられている。この濡れ性の悪い材料６０は、金属系ロウ材５４，５８が連結電極４８，４９に濡れ拡がってきた場合に、その流れを阻止するためのものであって、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とを隔てるように配置されている。
具体的には、濡れ性の悪い材料６０は、連結電極４８，４９を切断しないようにして、連結電極４８，４９の表面の幅一杯に被膜するように形成されており、本実施形態の金属系ロウ材５４，５８は金／錫から形成されているので、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、アルミナ、低融点ガラス等の無機系材料、或いは、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等の有機系材料を利用することができる。
また、濡れ性の悪い材料６０は、基体３２に接触しないようにして、凸状にされることが好ましい。

本発明の実施形態は以上のように構成されており、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とをつなぐ連結電極４８，４９の表面には、金属系ロウ材５４，５８と濡れ性の悪い材料６０が、励振電極４２，４３と引出し電極４６，４７とを隔てるように配置されている。このため、圧電素子２０と基体３２とを接合する際、加熱溶融した金属系ロウ材５４，５８が連結電極４８，４９まで濡れ拡がってきて、振動部（振動領域）２２側に流出しようとした場合であっても、濡れ性の悪い材料６０の位置で、金属系ロウ材５４，５８の濡れ拡がりは止まることになる。したがって、金属系ロウ材５４，５８が連結電極４８，４９を伝わって励振電極４２，４３に付着することを防止して、優れた振動特性を得ることができる。

また、このように濡れ性の悪い材料６０を設けたことで、連結電極４８，４９の長さを短くしても、金属系ロウ材５４，５８が励振電極４２，４３に付着することを回避できる。したがって、連結電極４８，４９を設ける支持部２６，２７の長さを短くしてもよく、圧電素子２０を小型化することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。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、本実施形態では、振動部２２と枠部２４との間に貫通孔２８を設けて、振動部２２を吊るすような形状となっているが、このような貫通孔２８はなく、圧電素子の中央部の上下面を凹状に加工した所謂逆メサ形の圧電素子であっても構わない。

本発明の圧電デバイスの一実施形態を示した概略分解斜視図。図１の圧電デバイスを組み合わせてＡ−Ａ線の位置で切断した際の概略断面図。従来の圧電デバイスの概略縦断面図。

符号の説明

２０・・・圧電素子、２２・・・振動領域（振動部）、３０・・・圧電デバイス、４０・・・リッド基体（基体）、４２，４３・・・励振電極、４６，４７・・・引出し電極、４８，４９・・・連結電極、５０・・・ベース基体（基体）、５４，５８・・・金属系ロウ材、６０・・・濡れ性の悪い材料

Claims

振動領域に形成された励振電極と電気的に接続され、外部に電極を引き出すための引出し電極を有する圧電素子と、前記引出し電極と金属系ロウ材により接合される基体とを備えた圧電デバイスであって、
前記圧電素子は、前記励振電極と前記引出し電極とをつなぐ連結電極を有しており、この連結電極の表面には、前記金属系ロウ材と濡れ性の悪い材料が、前記励振電極と前記引出し電極とを隔てるように配置されている
ことを特徴とする圧電デバイス。
前記圧電素子は前記振動領域を囲む枠部を有し、この枠部の主面に前記引出し電極が設けられており、
前記基体は、前記枠部の主面を挟むようにしたリッド基体とベース基体とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
前記連結電極は、前記引出し電極側から前記励振電極側に向かうにしたがって下るように傾斜している、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。
前記濡れ性の悪い材料は凸状となっている、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。