JP2006340035A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂基板を用いた圧電デバイスにおいて、圧電素子を配置する空間の気密性を保持しつつ、組み立てが容易で特性の良好な圧電デバイスを提供する。
【解決手段】 第１の樹脂基板１０上に形成されたマウント用電極１３と、マウント用電極１３に接続される水晶振動片１４と、樹脂基板１０を貫通する環状の封止用ビア２０と、マウント用電極１３と導通し第１の樹脂基板１０と第２の樹脂基板１１を貫通する導通用ビア２２と、水晶振動片１４の配置される空間を保って封止用ビア２０に密着するシールリング１７と蓋板１８から構成される蓋体と、第１の樹脂基板１０と第２の樹脂基板１１の間で、かつ封止用ビア２０に囲まれる領域に対応し導通用ビア２２の周辺部を除き設けられた金属層２１と、を備え、蓋体と封止用ビア２０および封止用ビア２０と金属層２１が密着することにより蓋体と第１の樹脂基板１０との間に形成される空間が気密に保たれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂基板を用い圧電素子を封止する気密構造を備えた圧電デバイスに関するものである。

近年、電子機器の小型化・薄型化に伴い、それに対応して水晶振動片などの圧電素子を備えた圧電デバイスも小型化・薄型化が図られている。従来の圧電デバイスは主にセラミック基板に圧電素子と回路素子などを配置し構成されているが、薄型化するためにセラミック基板の厚みを薄くすると、落下などの衝撃によりセラミック基板が破損するおそれがあった。このため、セラミック基板を用いて、さらなる圧電デバイスの薄型化には限界があった。

圧電デバイスのさらなる薄型化に対応するために、特許文献１の図５に示すような樹脂基板であるフレキシブル配線基板を用いた圧電デバイスが提案されている。このようなフレキシブル配線基板を用いた場合、基板の厚みを薄くすることが可能となるが、基板が高分子材料であるため多数の空孔を有している点と、基板がフレキシブル性を有する点から、圧電素子が配置される空間の気密性を保つことが課題となっている。
この特許文献１の圧電デバイスは、積層されたフレキシブル配線基板の最上層に導体層を設け、蓋体とこの導体層を半田にて接合し、その蓋体とフレキシブル配線基板により形成される空間を気密封止する構成となっている。このとき、圧電素子は蓋体側に実装され、蓋体からフレキシブル配線基板に配線が接続されている。

特開２００４−３２８５０５号公報（図５）

このような従来の圧電デバイスの構成において、圧電素子を蓋体側に実装する必要があり、圧電デバイスの組み立て性を低下させている。また、蓋体に配線を形成してフレキシブル配線基板との導通をとらなくてはならないため、蓋体とフレキシブル配線基板の接続位置精度を厳しく管理しなくてはならなかった。
また、このようなフレキシブル配線基板を用いた場合、基板が薄く、かつフレキシブル性を有しているため基板が外力により変形し気密性を損なうおそれがあることに加え、基板が変形することにより圧電素子に応力がかかり、発振周波数が安定しないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、樹脂基板を用い小型化・薄型化された圧電デバイスにおいて、圧電素子を配置する空間の気密性を保持しつつ、組み立てが容易で特性の良好な圧電デバイスを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、少なくとも第１の樹脂基板と第２の樹脂基板とが積層され、前記第１の樹脂基板上に形成されたマウント用電極と、前記マウント用電極に接続される圧電素子と、前記第１の樹脂基板の平面視において前記圧電素子を囲み前記第１の樹脂基板を貫通する環状の封止用ビアと、前記マウント用電極と導通し前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板を貫通する導通用ビアと、前記圧電素子の配置される空間を保って前記封止用ビアに密着する蓋体と、前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板の間で、かつ前記封止用ビアに囲まれる領域に対応し前記導通用ビアの周辺部を除き設けられた金属層と、を備え、前記蓋体と前記封止用ビアおよび前記封止用ビアと前記金属層が密着することにより前記蓋体と前記第１の樹脂基板との間に形成される空間が気密に保たれることを特徴とする。

この構成によれば、圧電素子を積層された樹脂基板側に実装することができ、圧電デバイスの組み立て性を容易にする。また、蓋体と封止用ビアおよび封止用ビアと金属層が密着することにより圧電素子を配置する空間の気密性を保持でき、小型化・薄型化された圧電デバイスを提供することができる。

本発明の圧電デバイスは、前記第１の樹脂基板表面から前記蓋体を覆う樹脂モールド部が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、例えば圧電デバイスとしての圧電振動子は樹脂モールド部がその表面を覆うことになり、積層された樹脂基板の剛性を向上させることができ、樹脂基板の変形を防止することにより、気密性の確保および圧電素子の発振周波数を安定させることができる。

本発明の圧電デバイスは、前記第１の樹脂基板上に配置された回路素子をさらに備え、前記第１の樹脂基板表面から前記蓋体および前記回路素子を覆う樹脂モールド部が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、例えば圧電デバイスとしての圧電発振器は樹脂モールド部がその表面を覆うことになり、積層された樹脂基板の剛性を向上させることができ、樹脂基板の変形を防止することにより、気密性の確保および圧電素子の発振周波数を安定させることができる。

本発明の圧電デバイスは、前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板の間における前記マウント用電極に接続する前記導通用ビアの周辺部にコーティング層が形成されたことが望ましい。

この構成によれば、前記導通用ビアの周辺部にコーティング層を設けることにより、気密を損なうおそれのある部分をシールすることができ、気密の信頼性を向上させることができる。

本発明の圧電デバイスは、前記第１の樹脂基板上における前記封止用ビアの内側の領域に前記マウント用電極の一部を除きコーティング層が形成されたことが望ましい。

この構成によれば、前記第１の樹脂基板上における前記封止用ビアの内側の領域に前記マウント用電極の一部を除きコーティング層を設けることにより、気密を損なうおそれのある部分をシールすることができ、気密の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）

図１は本実施形態の圧電デバイスとしての水晶発振器を示し、図１（ａ）は、正面断面図、図１（ｂ）は、側面断面図である。ここで、図１（ａ）は、同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。また、図２は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿う正面断面図であり、図３は図１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う正面断面図である。

水晶発振器１における基板は、第１の樹脂基板１０、第２の樹脂基板１１、第３の樹脂基板１２を積層して形成されている。これらの樹脂基板１０，１１，１２はポリイミドテープなどのフレキシブル性を有する樹脂基板で構成され、積層後の基板の厚みは約２００μｍから３００μｍに形成されている。
第１の樹脂基板１０上にはマウント用電極１３が形成され、その上に圧電素子としてＡＴカットなどの水晶振動片１４が導電性接着剤１５により固定されている。水晶振動片１４の表裏には電極１６が設けられ、電極１６とマウント用電極１３が導電性接着剤１５を介して電気的に接続されている。
さらに、第１の樹脂基板１０および第２の樹脂基板１１を貫通しマウント用電極１３に接続する導通用ビア２２が形成されている。そして、この導通用ビア２２は第２の樹脂基板１１と第３の樹脂基板１２の間に形成された配線２３に接続している。

また、第１の樹脂基板１０には、水晶振動片１４を配置した状態で第１の樹脂基板１０の平面視において、水晶振動片１４を囲み第１の樹脂基板１０を貫通する環状の封止用ビア２０が形成されている（図２参照）。この封止用ビア２０は、Ｃｕなどの金属材料で形成されている。
封止用ビア２０の上には、封止用ビア２０に沿うようにシールリング１７が密着し、そのシールリング１７の上には蓋板１８が密着している。このシールリング１７および蓋板１８はコバールなどの金属材料で形成されている。このように、シールリング１７と蓋板１８で、水晶振動片１４の配置される空間を保つ蓋体を構成している。

第１の樹脂基板１０と第２の樹脂基板１１の間には、封止用ビア２０により囲まれる領域に対応する、金属層２１が形成されている。この金属層２１は、Ｃｕなどの金属をスパッタリング法などの手法により形成されている。そして、この金属層２１は、図３に示すように、マウント用電極１３に接続される導通用ビア２２の周辺部を除き形成され、金属層２１と封止用ビア２０が密着している。

さらに第１の樹脂基板１０上には、回路素子としてのＩＣ（半導体集積回路）２４が配置されている。このＩＣ２４には水晶振動片１４を発振させる発振回路を含んでいる。
ＩＣ２４は金属ワイヤ２５により、第１の樹脂基板１０上に形成されたそれぞれの電極パッド２６に接続されている。それぞれの電極パッド２６からは第１の樹脂基板１０を貫通する導通用ビアを介して、第１の樹脂基板１０と第２の樹脂基板１１の間に形成された配線２９に接続され、あるいは第１の樹脂基板１０、第２の樹脂基板１１を貫通する導通用ビア２７を介して配線２３に接続されている。そして、配線２３，２９から所定の導通経路を確保して、第３の樹脂基板１２の外部接続用端子２８との接続が果たされている。

このような積層された樹脂基板に、例えば、マウント用電極１３に水晶振動片１４を導電性接着剤１５にて接続し、シールリング１７を封止用ビア２０に密着させ、蓋板１８にて、真空または不活性ガス雰囲気で封止すれば、水晶振動片１４が配置される空間を真空または不活性ガス雰囲気で気密に保持することができる。

そして、第１の樹脂基板１０の表面からシールリング１７および蓋板１８で構成される蓋体および、回路素子であるＩＣ２４を覆う樹脂モールド部３０が形成されている。なお、この樹脂モールド部３０はエポキシ樹脂などの樹脂で形成されている。
なお、封止用ビア２０とシールリング１７、シールリング１７と蓋板１８を密着させる手法としては、接着剤、半田、低融点ガラスなどを介して密着させる手法および圧着、溶接などの手法を用いることができる。

以上の構成の圧電デバイスとしての水晶発振器１は、封止用ビア２０とシールリング１７と蓋板１８から構成される蓋体と、封止用ビア２０と金属層２１が密着することにより水晶振動片１４を配置する空間の気密性を保持することができ、小型化・薄型化された水晶発振器１を提供することができる。また、水晶振動片１４を積層された樹脂基板側に実装することができるため、水晶発振器１の組み立て性を容易にすることができる。
さらに、水晶発振器１は樹脂モールド部３０がその表面を覆うことになり、積層された樹脂基板の剛性を向上させることができ、樹脂基板の変形を防止することにより、気密性の確保および水晶振動片１４の発振周波数を安定させることができる。
（変形例）

図４は、第１の実施形態における水晶発振器の変形例を示す側面断面図である。
第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付し、説明を省略する。この変形例の水晶発振器２では、水晶振動片１４の配置される空間を保つ蓋体として、フランジ付の蓋体３２を用いている。
この蓋体３２のフランジを封止用ビア２０に密着させることにより、水晶振動片１４が配置される空間を気密に保持することが可能であり、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）

図５は、第２の実施形態における水晶発振器を示す側面断面図である。
第２の実施形態は第１の実施形態に加えて、第１の樹脂基板と第２の樹脂基板の間におけるマウント用電極に接続される導通用ビアの周辺部に、コーティング層を備えた構成である。第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付し、説明を省略する。
この第２の実施形態の水晶発振器３は、第１の樹脂基板１０と第２の樹脂基板１１の間における、マウント用電極１３に接続される導通用ビア２２の周辺部に、コーティング材が塗布されコーティング層３４が形成されている。なお、コーティング材としては、ガラスなどを主成分とするコーティング材が用いられている。

このように、第１の樹脂基板１０と第２の樹脂基板１１の間におけるマウント用電極１３に接続される導通用ビア２２の周辺部にコーティング層３４を設けることにより、気密を損なうおそれのある部分をシールすることができ、気密の信頼性を向上させることができる。
（第３の実施形態）

図６は、第３の実施形態における水晶発振器を示す側面断面図である。
第３の実施形態は第１の実施形態に加えて、第１の樹脂基板上における封止用ビアの内側領域にマウント用電極の一部を除きコーティング層を備えた構成である。第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付し、説明を省略する。
この第３の実施形態の水晶発振器４は、第１の樹脂基板１０上における封止用ビア２０の内側の領域に、マウント用電極１３の一部を除きコーティング材が塗布されコーティング層３６が形成されている。

このように、第１の樹脂基板１０上における封止用ビア２０の内側の領域にマウント用電極１３の一部を除きコーティング層３６を設けることにより、第１の樹脂基板１０の気密を損なうおそれのある部分をシールすることができ、気密の信頼性を向上させることができる。
（第４の実施形態）

図７は、圧電デバイスとしての水晶振動子を示す側面断面図である。
水晶振動子５における基板は、第１の樹脂基板４０、第２の樹脂基板４１、第３の樹脂基板４２を積層して形成されている。これらの樹脂基板４０，４１，４２はポリイミドテープなどのフレキシブル性を有する樹脂基板で構成され、積層後の基板の厚みは約２００μｍから３００μｍに形成されている。
第１の樹脂基板４０上にはマウント用電極４３が形成され、その上に圧電素子としてＡＴカットなどの水晶振動片４４が導電性接着剤４５により固定されている。水晶振動片４４の表裏には電極（図示せず）が形成され、電極とマウント用電極４３が導電性接着剤４５を介して電気的に接続されている。
さらに、第１の樹脂基板４０および第２の樹脂基板４１を貫通し、マウント用電極４３に接続する導通用ビア５２が形成されている。そして、この導通用ビア５２は第２の樹脂基板４１と第３の樹脂基板４２の間に形成された配線５３に接続している。配線５３は第３の樹脂基板４２を貫通する導通用ビア５４により外部接続用端子５５に接続されている。

また、第１の樹脂基板４０には、水晶振動片４４を配置した状態で第１の樹脂基板４０の平面視において、水晶振動片４４を囲み第１の樹脂基板４０を貫通する環状の封止用ビア５０が形成されている。この封止用ビア５０は、Ｃｕなどの金属材料で形成されている。
封止用ビア５０の上には、封止用ビア５０に沿うようにシールリング４７が密着し、そのシールリング４７の上には蓋板４８が密着している。このシールリング４７および蓋板４８はコバールなどの金属材料で形成されている。このように、シールリング４７と蓋板４８で、水晶振動片４４の配置される空間を保つ蓋体を構成している。

第１の樹脂基板４０と第２の樹脂基板４１の間には、封止用ビア５０により囲まれる領域に対応する、金属層５１が形成されている。この金属層５１はＣｕなどの金属をスパッタリング法などの手法により形成されている。そして、この金属層５１は、マウント用電極４３に接続される導通用ビア５２の周辺部を除き形成され、金属層５１と封止用ビア５０が密着している。

このような積層された樹脂基板に、例えば、マウント用電極４３に水晶振動片４４を導電性接着剤４５にて接続し、シールリング４７を封止用ビア５０に密着させ、蓋板４８にて、真空または不活性ガス雰囲気で封止すれば、水晶振動片４４が配置される空間を真空または不活性ガス雰囲気で気密に保持することができる。

そして、第１の樹脂基板４０の表面からシールリング４７および蓋板４８で構成される蓋体を覆う樹脂モールド部６０が形成されている。なお、この樹脂モールド部６０はエポキシ樹脂などの樹脂で形成されている。

以上の構成の圧電デバイスとしての水晶振動子５は、封止用ビア５０とシールリング４７と蓋板４８から構成される蓋体と、封止用ビア５０と金属層５１が密着することにより水晶振動片４４を配置する空間の気密性を保持することができ、小型化・薄型化された水晶振動子５を提供することができる。また、水晶振動片４４を積層された樹脂基板側に実装することができるため、水晶振動子５の組み立て性を容易にすることができる。
さらに、水晶振動子５は樹脂モールド部６０がその表面を覆うことになり、積層された樹脂基板の剛性を向上させることができ、樹脂基板の変形を防止することにより、気密性の確保および水晶振動片４４の発振周波数を安定させることができる。

なお、本発明に係る上記実施形態で、樹脂基板としてポリイミド樹脂などのフレキシブル性を有する基板を用い説明したが、樹脂基板としてガラスエポキシ基板を利用しても実施することが可能である。

また、上記実施形態では圧電素子としてＡＴカットの水晶振動片としたが、音叉型水晶振動片としても良い。また、圧電素子の材料として水晶だけでなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電振動片を利用することも可能である。さらに、圧電素子として、弾性表面波素子を用いることもできる。
このように、圧電発振器、ＳＡＷ発振器、圧電振動子などの圧電デバイスに本発明は適用できる。

第１の実施形態の圧電デバイスとしての水晶発振器を説明する説明図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図。 第１の実施形態における水晶発振器の正面断面図。 第１の実施形態における水晶発振器の正面断面図。 第１の実施形態の変形例を示す側面断面図。 第２の実施形態における水晶発振器の側面断面図。 第３の実施形態における水晶発振器の側面断面図。 第４の実施形態における水晶振動子の側面断面図。

符号の説明

１，２，３，４…圧電デバイスとしての水晶発振器、５…圧電デバイスとしての水晶振動子、１０…第１の樹脂基板、１１…第２の樹脂基板、１２…第３の樹脂基板、１３…マウント用電極、１４…圧電素子としての水晶振動片、１７…シールリング、１８…蓋板、２０…封止用ビア、２１…金属層、２２…導通用ビア、２４…回路素子としてのＩＣ、３０…樹脂モールド部、３４，３６…コーティング層。

Claims (5)

1. 少なくとも第１の樹脂基板と第２の樹脂基板とが積層され、
   前記第１の樹脂基板上に形成されたマウント用電極と、
   前記マウント用電極に接続される圧電素子と、
   前記第１の樹脂基板の平面視において前記圧電素子を囲み前記第１の樹脂基板を貫通する環状の封止用ビアと、
   前記マウント用電極と導通し前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板を貫通する導通用ビアと、
   前記圧電素子の配置される空間を保って前記封止用ビアに密着する蓋体と、
   前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板の間で、かつ前記封止用ビアに囲まれる領域に対応し前記導通用ビアの周辺部を除き設けられた金属層と、を備え、
   前記蓋体と前記封止用ビアおよび前記封止用ビアと前記金属層が密着することにより前記蓋体と前記第１の樹脂基板との間に形成される空間が気密に保たれることを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記第１の樹脂基板表面から前記蓋体を覆う樹脂モールド部が形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記第１の樹脂基板上に配置された回路素子をさらに備え、
   前記第１の樹脂基板表面から前記蓋体および前記回路素子を覆う樹脂モールド部が形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記第１の樹脂基板と前記第２の樹脂基板の間における前記マウント用電極に接続する前記導通用ビアの周辺部にコーティング層が形成されたことを特徴とする圧電デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
   前記第１の樹脂基板上における前記封止用ビアの内側の領域に前記マウント用電極の一部を除きコーティング層が形成されたことを特徴とする圧電デバイス。
   

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