JP2007073652A - Piezoelectric oscillating device - Google Patents

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JP2007073652A JP2005257248A JP2005257248A JP2007073652A JP 2007073652 A JP2007073652 A JP 2007073652A JP 2005257248 A JP2005257248 A JP 2005257248A JP 2005257248 A JP2005257248 A JP 2005257248A JP 2007073652 A JP2007073652 A JP 2007073652A
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Hiromasa Ishihara
宏征 石原
Tatsuya Murakami
達也 村上
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Daishinku Corp
株式会社大真空
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an occurrence of cracks due to a thermal strain upon airtight sealing, suppress a reduction in an impact resistance, and reduce a danger in short-circuiting due to a conductive joint member. <P>SOLUTION: A ceramic multilayer substrate 1 of a substantially rectangular shape in plan view has a container, a step part mounting a piezoelectric oscillating piece 2, a conductive pad formed above the step part, and a bank surrounding the containing part and the step part. A piezoelectric oscillating device holds the piezoelectric oscillating piece 2 on an upper face of the conductive pad of the ceramic multilayer substrate 1 to be airtightly sealed by a lid body. At least at the center of the ceramic multilayer substrate 1 in the long side direction, an insulating bridge 1d is formed for connecting a part of the bank in the short side direction. In the ceramic multilayer substrate 1; a first recess 1e is formed between the step part and the bridge, a second recess 1f is formed between the two conductive pads of the step part, and a third recess 1g is formed in a portion corresponding to a free end of the piezoelectric oscillating piece 2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はセラミック多層基板を用いた圧電振動デバイスに関するものであり、特に上面に封止用メタライズ部が形成されたセラミック多層基板に対して金属の蓋体を溶接して気密封止した圧電振動デバイスの構造に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric vibration device using a ceramic multilayer substrate, and in particular, a piezoelectric vibration device in which a metal lid is welded and hermetically sealed to a ceramic multilayer substrate having a sealing metallized portion formed on the upper surface. Is related to the structure of
気密封止を必要とする圧電振動デバイスの例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等があげられる。これらはいずれも水晶振動片(圧電振動片)の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。   Examples of piezoelectric vibration devices that require hermetic sealing include a crystal resonator, a crystal filter, and a crystal oscillator. All of these are hermetically sealed in order to form a metal thin film electrode on the surface of a crystal vibrating piece (piezoelectric vibrating piece) and protect the metal thin film electrode from the outside air.
これら水晶応用製品は部品の表面実装化の要求から、例えば、特許文献1に示すような、パッケージとしてセラミック多層基板に気密的に収納する構成が増加しており、適切な気密封止方法を選択することにより、良好な気密性を確保することができる。このようなセラミック多層基板は全体として、中央部分に凹形の収納部の形成された直方体形状であり、収納部周囲の堤部の上面には金属シール部が形成されている。収納部内の底部には段部と、当該段部上面に形成された導電パッドが形成されており、ビアやキャスタレーションなどにより外部端子へと導かれている。当該導電パッド上に水晶振動片の片端部分が搭載され、導電性接合材により電気的機械的に接続されているとともに、蓋を被せて気密封止する。   Due to the demand for surface mounting of parts for these crystal application products, for example, as shown in Patent Document 1, the configuration of hermetically accommodating a ceramic multilayer substrate as a package is increasing, and an appropriate hermetic sealing method is selected. By doing, favorable airtightness can be ensured. Such a ceramic multilayer substrate as a whole has a rectangular parallelepiped shape in which a concave storage portion is formed at the center portion, and a metal seal portion is formed on the upper surface of the bank portion around the storage portion. A stepped portion and a conductive pad formed on the upper surface of the stepped portion are formed at the bottom of the storage portion, and are led to an external terminal by vias, castellation or the like. One end portion of the crystal vibrating piece is mounted on the conductive pad, and is electrically and mechanically connected by a conductive bonding material, and is covered with a lid and hermetically sealed.
特開平9−199972号公報JP-A-9-199972
最近においては電子機器のさらなる小型化、軽量化により、圧電振動デバイスも超小型化が求められており、これに伴い圧電振動片を収納するセラミック多層基板、および圧電振動片のサイズも小型化されている。このように構成された圧電振動デバイスでは、金属蓋を封止用メタライズ部が形成されたセラミック多層基板に対して溶接して気密封止する場合、金属蓋とセラミック多層基板の熱膨張係数の違いにより、セラミック多層基板にクラックが発生することがあった。このクラックは、セラミック多層基板の側面の中央部を基点として発生することが多く、平面視略長方形状のセラミック多層基板では短辺側よりも長辺側の中央部に発生することがほとんどであった。このような気密封止する際に発生するクラックは、封止用金属リングが介在しない状態でセラミック多層基板の封止用メタライズ部に対して金属蓋を直接溶接する構成で、かつシーム溶接やビーム溶接など局所的な溶接により気密封止する場合においてより顕著に発生する。また、音叉型圧電振動片を用いるものでは、その脚部の長さによる周波数特性の決定要因が大きく、32.768kHzの周波数を得るものでは特に脚部寸法が長くなる。結果として、セラミック多層基板の長辺側の寸法制限を受けることがあるので、短辺寸法に対して長辺寸法を1.5倍以上に設計されたセラミック多層基板が多くなっている。このように短辺寸法に対して長辺寸法を1.5倍以上に設計されたセラミック多層基板では、金属蓋とセラミック多層基板の熱膨張係数の違いによる影響が強くなり、よりクラックが発生する傾向が高まっていた。さらに、このような圧電振動デバイスが搭載される回路基板の反りなどにより、セラミック多層基板に応力が加わって、セラミック多層基板の収納部の角部分にクラックが発生することもあった。   Recently, as electronic devices are further reduced in size and weight, piezoelectric vibration devices are also required to be ultra-miniaturized. Accordingly, the ceramic multilayer substrate that accommodates the piezoelectric vibration pieces and the size of the piezoelectric vibration pieces are also reduced. ing. In the piezoelectric vibration device configured as described above, when the metal lid is welded and hermetically sealed to the ceramic multilayer substrate on which the metallization portion for sealing is formed, the difference in thermal expansion coefficient between the metal lid and the ceramic multilayer substrate As a result, cracks may occur in the ceramic multilayer substrate. This crack often occurs with the central portion of the side surface of the ceramic multilayer substrate as a base point, and in a ceramic multilayer substrate having a substantially rectangular shape in plan view, the crack is mostly generated at the central portion on the long side rather than the short side. It was. Cracks that occur during hermetic sealing have a structure in which the metal lid is directly welded to the metallization part for sealing of the ceramic multilayer substrate without the metal ring for sealing, and seam welding or beam This occurs more remarkably in the case of hermetic sealing by local welding such as welding. In addition, in the case of using a tuning fork type piezoelectric vibrating piece, the determining factor of the frequency characteristics is large depending on the length of the leg portion, and in the case of obtaining a frequency of 32.768 kHz, the leg size is particularly long. As a result, since the dimension of the long side of the ceramic multilayer substrate may be limited, the number of ceramic multilayer substrates designed so that the long side dimension is 1.5 times or more the short side dimension is increasing. Thus, in a ceramic multilayer substrate designed to have a long side dimension of 1.5 times or more with respect to the short side dimension, the influence due to the difference in the thermal expansion coefficient between the metal lid and the ceramic multilayer substrate becomes stronger, and more cracks are generated. The trend was increasing. Further, due to the warp of the circuit board on which such a piezoelectric vibration device is mounted, stress is applied to the ceramic multilayer substrate, and cracks may occur in the corners of the housing portion of the ceramic multilayer substrate.
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、金属蓋とセラミック多層基板に気密封止する際の熱的な歪によるクラックの発生を抑制することを第1の目的としている。また、圧電振動片の片端部側が導電性接合材を介してセラミック多層基板に保持されたものにおいて、耐衝撃性の低下を抑制し、導電性接合材による短絡の危険性を低減することを第2の目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above problems, and has as its first object to suppress the generation of cracks due to thermal strain when hermetically sealing a metal lid and a ceramic multilayer substrate. In addition, in the case where one end portion side of the piezoelectric vibrating piece is held on the ceramic multilayer substrate via the conductive bonding material, it is possible to suppress a decrease in impact resistance and to reduce a risk of a short circuit due to the conductive bonding material. The purpose of 2 is.
そこで、本発明の圧電振動デバイスでは、有底の収納部と、当該収納部の中に形成された圧電振動片を搭載する段部と、段部の上部に並列に形成された2つの導電パッドと、前記収納部と段部を囲み上面に封止用メタライズ部が形成された堤部とを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板に、圧電振動片の片端部側が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持され、金属の蓋体により気密封止してなる圧電振動デバイスであって、前記セラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部で、収納部の中には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部が形成され、前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第1の凹部と、前記段部の2つの導電パッドの間に第2の凹部が形成され、かつ前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第3の凹部が形成されてなることを特徴とする。   Therefore, in the piezoelectric vibration device of the present invention, a bottomed storage part, a step part on which the piezoelectric vibrating piece formed in the storage part is mounted, and two conductive pads formed in parallel on the upper part of the step part And a ceramic multilayer substrate having a substantially rectangular shape in plan view that surrounds the storage portion and the step portion and has a bank portion with a sealing metallization portion formed on the upper surface thereof, one end portion side of the piezoelectric vibrating piece is interposed with a conductive bonding material. A piezoelectric vibration device held on the upper surface of the conductive pad and hermetically sealed by a metal lid, wherein the bank is at least a central portion in a long side direction of the ceramic multilayer substrate. An insulative bridging portion for connecting a part of the portion in the short side direction is formed, a first recess between the stepped portion and the bridging portion of the ceramic multilayer substrate, and two conductive pads of the stepped portion A second recess is formed, and the piezoelectric vibration The portion corresponding to the free end of characterized by comprising formed a third recess.
また、上記構成に加えて、前記セラミック多層基板の堤部のうち、前記架橋部と連結される部分は、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部より内側に形成されてなることを特徴とする。   In addition to the above configuration, the portion connected to the bridging portion of the bank portion of the ceramic multilayer substrate is formed inside the uppermost bank portion where the sealing metallization portion is formed. It is characterized by.
また、上記構成に加えて、前記収納部と凹部の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部が形成されてなることを特徴とする。   Further, in addition to the above configuration, chamfered portions are respectively formed in corner portions of the storage portion and the recess, a connection portion between the bank portion and the bridge portion, and a connection portion between the bank portion and the step portion. It is characterized by.
また、上記構成に加えて、前記圧電振動片が、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部主面の先端部には、金属材料からなる周波数調整電極が形成された音叉型圧電振動片であることを特徴とする。   In addition to the above configuration, the piezoelectric vibrating piece includes a base portion and a plurality of leg portions protruding from the base portion, and a frequency adjustment electrode made of a metal material is provided at a tip portion of each leg main surface. The tuning fork type piezoelectric vibrating piece is formed.
本発明の特許請求項1によれば、平面視略長方形状のセラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部が形成されているので、気密封止する際に熱的歪が集中するセラミック多層基板の長辺方向の中央部での機械的な曲げ強度が補強されて、クラックの発生を飛躍的に抑制することができ、圧電振動片の自由端側が撓んで架橋部に当接しても短絡することが一切なくなる。特に、このようなクラックの抑制は、セラミック多層基板の封止用メタライズ部に対して金属蓋を直接溶接する構成で、短辺寸法に対して長辺寸法を1.5倍以上に設計されたセラミック多層基板に対して顕著な効果がある。   According to claim 1 of the present invention, at least a central portion in the long side direction of the ceramic multilayer substrate having a substantially rectangular shape in plan view has an insulating bridging portion that connects a part of the bank portion in the short side direction. Because it is formed, the mechanical bending strength at the center of the long side direction of the ceramic multilayer substrate where thermal strain concentrates when hermetic sealing is performed is reinforced, drastically suppressing the occurrence of cracks Even if the free end side of the piezoelectric vibrating piece bends and comes into contact with the bridge portion, there is no short circuit. In particular, the suppression of such cracks is a structure in which the metal lid is directly welded to the metallization part for sealing of the ceramic multilayer substrate, and the long side dimension is designed to be 1.5 times or more than the short side dimension. This has a significant effect on ceramic multilayer substrates.
また、架橋部が形成され、前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第1の凹部と前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第3の凹部が形成されているので、セラミック多層基板の堤部にかかる応力が、セラミック多層基板の全体で1つの大きな凹形状を構成する場合に比べて、第1の凹部と第3の凹部の2箇所の小さな凹形状を構成することで、より分散され、パッケージ強度が向上する。   Further, a bridging portion is formed, and a third concave portion is formed in a portion corresponding to the free end of the piezoelectric vibrating piece between the step portion and the bridging portion of the ceramic multilayer substrate. Therefore, the stress applied to the bank portion of the ceramic multilayer substrate has two small concave shapes, the first concave portion and the third concave portion, as compared with the case where the entire ceramic multilayer substrate forms one large concave shape. By configuring, it is more dispersed and the package strength is improved.
また、セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第1の凹部が形成されているので、圧電振動片の自由端側に向かって延長して導電性接合材が流れ出し塗布されることがなくなり、圧電振動片の振動を阻害することがなくなる。前記段部の2つの導電パッドの間に第2の凹部が形成されているので、段部の上部に並列に形成された2つの導電パッド間での導電性接合材による短絡の問題が一切なくなる。このような第1の凹部や第2の凹部は、小型化された圧電振動デバイスに特に有効であり、圧電振動デバイスの小型化を促進するものである。前記セラミック多層基板のうち圧電振動片の自由端に対応する部分には、第3の凹部が形成されているので、圧電振動片の自由端の先端部が撓んでセラミック多層基板に当接することがなく、落下などの衝撃を受けた場合に圧電振動片の割れや欠けが発生することがない。   In addition, since the first concave portion is formed between the stepped portion and the bridging portion of the ceramic multilayer substrate, the conductive bonding material flows out and is applied by extending toward the free end side of the piezoelectric vibrating piece. Therefore, the vibration of the piezoelectric vibrating piece is not hindered. Since the second concave portion is formed between the two conductive pads of the step portion, there is no problem of short circuit due to the conductive bonding material between the two conductive pads formed in parallel on the upper portion of the step portion. . Such first recess and second recess are particularly effective for a miniaturized piezoelectric vibration device, and promote the miniaturization of the piezoelectric vibration device. A portion of the ceramic multilayer substrate corresponding to the free end of the piezoelectric vibrating piece is formed with a third recess, so that the tip of the free end of the piezoelectric vibrating piece may be bent and come into contact with the ceramic multilayer substrate. In addition, the piezoelectric vibrating piece is not cracked or chipped when subjected to an impact such as dropping.
以上のように、本発明では、金属蓋とセラミック多層基板に気密封止する際の熱的な歪によるクラックの発生を抑制するとともに、導電性接合材の流れ出しによって圧電振動片の振動を阻害することや導電パッド間で短絡することが一切なくなり、かつ耐衝撃性の低下を抑制することができる。   As described above, according to the present invention, the occurrence of cracks due to thermal strain when airtightly sealing the metal lid and the ceramic multilayer substrate is suppressed, and the vibration of the piezoelectric vibrating piece is inhibited by the flow of the conductive bonding material. And no short circuit between the conductive pads, and a reduction in impact resistance can be suppressed.
次に、図6に示すような、従来と本発明の圧電振動デバイスの各形態について、シーム封止した場合のクラック発生率を示す。各圧電振動デバイスにおけるクラックの発生は、目視により確認している。なお、各圧電振動デバイスの共通条件として、セラミック多層基板は、外形サイズを1.5mm*3.2mmとし、堤部幅寸法0.3mm、封止用メタライズ層として、タングステン層上にニッケルメッキ層と金メッキ層を形成したものを使用し、金属蓋は、コバールからなる母材に銀ロー層とニッケルメッキ層が形成されたものを使用した。以下、各圧電振動デバイスの相違点とクラック発生率について示す。   Next, as shown in FIG. 6, the crack generation rate in the case of seam sealing is shown for each form of the conventional piezoelectric vibration device of the present invention. The occurrence of cracks in each piezoelectric vibration device is confirmed visually. In addition, as a common condition for each piezoelectric vibration device, the ceramic multilayer substrate has an outer size of 1.5 mm * 3.2 mm, a bank width dimension of 0.3 mm, a metallized layer for sealing, a nickel plating layer on the tungsten layer And a metal lid having a silver low layer and a nickel plating layer formed on a base material made of Kovar. Hereinafter, the difference between the piezoelectric vibrating devices and the crack generation rate will be described.
図6(a)の圧電振動デバイスは、従来タイプ1を示し、収納部に段部のみを構成したものである。検証サンプル4000個に対して4個のサンプルにクラックが発生しており、クラック発生率として0.1%となった。図6(b)の圧電振動デバイスは、従来タイプ2を示し、前記従来タイプ1に対して段部に第2の凹部を構成したものである。検証サンプル4000個に対して2個のサンプルにクラックが発生しており、クラック発生率として0.05%となった。図6(c)の圧電振動デバイスは、本発明タイプを示し、収納部に段部と、架橋部を構成し、第1の凹部、第2の凹部、第3の凹部を構成したものである。検証サンプル4000個に対してはクラックが発生しておらず、クラック発生率として0%となった。   The piezoelectric vibration device of FIG. 6A shows a conventional type 1, and only the step portion is configured in the storage portion. Cracks occurred in four samples with respect to 4000 verification samples, and the crack generation rate was 0.1%. The piezoelectric vibration device of FIG. 6B shows a conventional type 2, and a second concave portion is formed in a step portion with respect to the conventional type 1. Cracks occurred in two samples with respect to 4000 verification samples, and the crack generation rate was 0.05%. The piezoelectric vibration device of FIG. 6 (c) shows the type of the present invention, wherein the storage portion includes a step portion and a bridging portion, and includes a first concave portion, a second concave portion, and a third concave portion. . Cracks did not occur for 4000 verification samples, and the crack generation rate was 0%.
以上の検証結果から、架橋部と第1〜第3の凹部が組み合わされた本発明の圧電振動デバイスが極めてクラックの抑制効果が高いことがわかる。   From the above verification results, it can be seen that the piezoelectric vibration device of the present invention in which the bridging portion and the first to third recesses are combined has an extremely high crack suppressing effect.
本発明の特許請求項2によれば、上述の作用効果に加え、前記セラミック多層基板の堤部のうち、前記架橋部と連結される部分は、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部より内側に形成されているので、セラミック多層基板の積層ズレの影響なくして架橋部による安定した機械的な曲げ強度の補強が得られる。   According to claim 2 of the present invention, in addition to the above-described effects, the portion connected to the bridging portion of the bank portion of the ceramic multilayer substrate is the uppermost portion where the sealing metallized portion is formed. Since it is formed on the inner side of the bank portion, stable mechanical bending strength reinforcement by the bridge portion can be obtained without the influence of the misalignment of the ceramic multilayer substrate.
本発明の特許請求項3によれば、上述の作用効果に加え、前記収納部と凹所の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部が形成されているので、圧電振動デバイスが搭載される回路基板の反りなどにより、セラミック多層基板に応力が加わっても、角部分のクラックの発生を抑制することができる。   According to claim 3 of the present invention, in addition to the above-described effects, the storage portion and the corner of the recess, the connection portion of the bank portion and the bridge portion, and the connection portion of the bank portion and the step portion Since each of the chamfered portions is formed, even when stress is applied to the ceramic multilayer substrate due to warping of the circuit substrate on which the piezoelectric vibration device is mounted, the occurrence of cracks at the corner portions can be suppressed.
本発明の特許請求項4によれば、上述の作用効果に加え、前記圧電振動片が、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部主面の先端部には、金属材料からなる周波数調整電極が形成された音叉型圧電振動片であるので、前記音叉型振動片の周波数調整電極が前記セラミック多層基板の第3の凹部に対応する位置に配置され、セラミック多層基板の底面部との距離を離すことができる。従って、周波数調整に伴う電極材料の飛散による悪影響を軽減することができ、特に音叉型圧電振動片用のセラミック多層基板として好ましい形態とすることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above-described operation and effect, the piezoelectric vibrating piece includes a base portion and a plurality of leg portions protruding from the base portion, and is provided at the tip portion of each leg main surface. Is a tuning fork type piezoelectric vibrating piece in which a frequency adjusting electrode made of a metal material is formed. Therefore, the frequency adjusting electrode of the tuning fork type vibrating piece is disposed at a position corresponding to the third recess of the ceramic multilayer substrate. The distance from the bottom surface of the multilayer substrate can be increased. Therefore, it is possible to reduce an adverse effect due to the scattering of the electrode material accompanying the frequency adjustment, and in particular, it can be a preferable form as a ceramic multilayer substrate for a tuning fork type piezoelectric vibrating piece.
本発明による第1の実施形態について表面実装型水晶振動子を例にとり図1〜図3とともに説明する。図1は本発明の実施形態を示す平面図であり、収納部に水晶振動片(圧電振動片)を搭載した状態を示している。図2は図1に蓋をした状態のA−A線に沿う断面図である。図3は図1の水晶振動片を搭載する前の平面図である。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 by taking a surface-mounted crystal resonator as an example. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and shows a state in which a crystal vibrating piece (piezoelectric vibrating piece) is mounted on a storage unit. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in the state in which the cover is applied to FIG. FIG. 3 is a plan view before the quartz crystal resonator element of FIG. 1 is mounted.
表面実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が開口した凹形の収納部1aを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板1と、当該セラミック多層基板の中に収納される圧電振動デバイスの素子である水晶振動片2と、パッケージの開口部に接合される金属蓋3とからなる。   The surface-mount type crystal resonator has a rectangular parallelepiped shape as a whole and has a concave-shaped storage portion 1a having an open top, and has a substantially rectangular shape in plan view, and a piezoelectric vibration stored in the ceramic multilayer substrate. It consists of a crystal resonator element 2 that is an element of the device and a metal lid 3 that is bonded to the opening of the package.
セラミック多層基板1に収納される水晶振動片2は、音叉形状をなしており、各脚部に形成される励振電極(図示せず)と、基部に形成される各励振電極からの導出電極21,22、各脚部主面の先端部には周波数調整電極23,24が形成されている。これらの電極は、クロムや金、銀等の金属材料からなり、周波数調整電極23,24は、レーザービームやミーリングなどの手法により、電極の質量が減じられることで音叉型水晶振動片(音叉型圧電振動片)の周波数が調整される。   The quartz crystal vibrating piece 2 housed in the ceramic multilayer substrate 1 has a tuning fork shape, and an excitation electrode (not shown) formed on each leg portion and a lead-out electrode 21 from each excitation electrode formed on the base portion. , 22 and frequency adjusting electrodes 23 and 24 are formed at the tip of each leg main surface. These electrodes are made of a metal material such as chrome, gold, silver, etc., and the frequency adjustment electrodes 23, 24 are tuning fork type crystal vibrating pieces (tuning fork type) by reducing the mass of the electrodes by a technique such as laser beam or milling. The frequency of the piezoelectric vibrating piece is adjusted.
断面でみてセラミック多層基板1は凹形であり、平面視略方形状で有底の収納部1aと、当該収納部の底部に形成された水晶振動片を搭載する平面視略方形状の段部1b,1cと、前記収納部と段部を囲む堤部(側壁)10とを有している。   When viewed in cross section, the ceramic multilayer substrate 1 has a concave shape, and has a substantially square shape in plan view and a bottomed storage portion 1a, and a step portion having a substantially square shape in plan view on which the crystal vibrating piece formed on the bottom portion of the storage portion is mounted. 1b, 1c, and the bank part (side wall) 10 surrounding the storage part and the step part.
前記各段部上面には、導電パッド12,13がお互いに並列の状態で形成されている。これらの導電パッド12,13は、積層技術を用いて形成され、タングステンやモリブデン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。   Conductive pads 12 and 13 are formed in parallel with each other on the upper surface of each step. These conductive pads 12 and 13 are formed using a lamination technique, and include a metallized layer made of tungsten, molybdenum or the like, and a metal film layer formed on the metallized layer. The metal film layer is composed of, for example, a nickel plating layer in contact with the metallized layer and an ultrathin gold plating layer formed on the nickel plating layer.
前記堤部10上面には周状の封止用メタライズ部11が形成されている。封止用メタライズ部11は、タングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。   A circumferential sealing metallized portion 11 is formed on the top surface of the bank portion 10. The sealing metallized portion 11 includes a metallized layer made of tungsten or the like and a metal film layer formed on the metallized layer. The metal film layer is composed of, for example, a nickel plating layer in contact with the metallized layer and an ultrathin gold plating layer formed on the nickel plating layer.
前記セラミック多層基板の長辺方向の中央部分には、前記堤部10の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部1dが形成されている。この架橋部1dは、図1に示すように、前記セラミック多層基板の長辺方向の中央線B−Bと一部が重なるように形成していれば、機械的な曲げ強度が補強されて、クラックの発生を飛躍的に抑制することができる。特に、前記架橋部1dと堤部10とは、後述する面取り部を介して連結され、堤部から徐々に幅が狭くなり、所定の幅に形成された架橋部へと連結されることになるので、機械的な曲げ強度を補強するだけでなく、この連結部分で応力集中することもなく、クラックの発生を抑制するのにより好ましい形態となる。なお、本形態の架橋部1dは、前記段部1b,1cと同一のセラミック層で構成している。   An insulating bridging portion 1d that connects a part of the bank portion 10 in the short side direction is formed in the central portion in the long side direction of the ceramic multilayer substrate. As shown in FIG. 1, if this bridging portion 1d is formed so as to partially overlap the central line BB in the long side direction of the ceramic multilayer substrate, the mechanical bending strength is reinforced, The generation of cracks can be drastically suppressed. In particular, the bridging portion 1d and the bank portion 10 are connected via a chamfered portion to be described later, the width gradually decreases from the bank portion, and is connected to the bridge portion formed to a predetermined width. Therefore, not only the mechanical bending strength is reinforced, but also stress is not concentrated at the connecting portion, and a crack is more preferably suppressed. In addition, the bridge | crosslinking part 1d of this form is comprised with the same ceramic layer as the said step parts 1b and 1c.
前記セラミック多層基板1の前記段部1b,1cと前記架橋部1dの間には、第1の凹部1eが形成され、前記セラミック多層基板1の前記段部1b,1cの間には、第2の凹部1fが形成されている。前記セラミック多層基板1の水晶振動片の自由端である脚部の先端部分に対応する部分には、前記架橋部1dより低い第3の凹部1gが形成されている。このとき、前記第1の凹部1eと第3の凹部1gの平面の面積をほぼ等しく形成することで、機械的な曲げ強度バランスが保たれ、応力が集中する領域をなくすのにより好ましい形態となる。   A first recess 1e is formed between the step portions 1b, 1c of the ceramic multilayer substrate 1 and the bridging portion 1d, and a second portion is formed between the step portions 1b, 1c of the ceramic multilayer substrate 1. The recess 1f is formed. A third concave portion 1g lower than the bridging portion 1d is formed at a portion corresponding to the tip portion of the leg portion which is a free end of the quartz crystal resonator element of the ceramic multilayer substrate 1. At this time, by forming the plane areas of the first concave portion 1e and the third concave portion 1g substantially equal to each other, the mechanical bending strength balance is maintained, and a region where stress is concentrated is eliminated. .
前記収納部1aと各凹部1e〜1gの角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々曲率の面取部R1〜R12が形成されている。なお、本形態では、例えば前記セラミック多層基板1の短辺寸法を1.5mmとし、長辺寸法を3.2mmとしており、1.5倍以上に設定している。   Chamfered portions R1 to R12 of curvature are formed at the corners of the storage portion 1a and the recesses 1e to 1g, the connecting portion between the bank portion and the bridge portion, and the connecting portion between the bank portion and the step portion, respectively. Yes. In this embodiment, for example, the short side dimension of the ceramic multilayer substrate 1 is 1.5 mm and the long side dimension is 3.2 mm, which is set to 1.5 times or more.
そして、水晶振動片2の導出電極21,22と前記導電パッド12,13とが、導電性接合材Dにより電気的機械的に接合される。導電性接合材Dとしては、例えば金属フィラーを介在させたシリコーン系樹脂接着剤が用いられる。このとき、水晶振動片2の基部側が導電性接合材Dを介して前記導電パッド12,13の上面に固定され、水晶振動片2の脚部側が自由端となる状態で片側保持される。   Then, the lead-out electrodes 21 and 22 of the crystal vibrating piece 2 and the conductive pads 12 and 13 are electrically and mechanically bonded by the conductive bonding material D. As the conductive bonding material D, for example, a silicone-based resin adhesive with a metal filler interposed is used. At this time, the base side of the crystal vibrating piece 2 is fixed to the upper surfaces of the conductive pads 12 and 13 via the conductive bonding material D, and is held on one side with the leg side of the crystal vibrating piece 2 being a free end.
また、前記封止用メタライズ部11上に前記金属蓋(図示せず)を搭載し、この状態で、図示しないシームローラにより金属蓋と封止用メタライズ部を溶融させ、気密封止する。   Further, the metal lid (not shown) is mounted on the sealing metallized portion 11, and in this state, the metal lid and the sealing metallized portion are melted by a seam roller (not shown) and hermetically sealed.
本発明の実施形態では、セラミック多層基板1の長辺方向の中央線B−Bと一部が重なるように、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部1dが形成されているので、気密封止する際に熱的歪が集中するセラミック多層基板の長辺方向の中央部での機械的な曲げ強度が補強されて、クラックの発生を飛躍的に抑制することができ、水晶振動片2の自由端側が撓んで絶縁性の架橋部1dに当接しても短絡することが一切ない。   In the embodiment of the present invention, an insulating bridging portion 1d for connecting a part of the bank portion in the short side direction is formed so as to partially overlap with the center line BB in the long side direction of the ceramic multilayer substrate 1. As a result, the mechanical bending strength at the center of the long side direction of the ceramic multilayer substrate, where thermal strain is concentrated when hermetically sealing, is reinforced, drastically suppressing the occurrence of cracks. Even if the free end side of the quartz crystal vibrating piece 2 is bent and abuts against the insulating bridge portion 1d, there is no short circuit.
また、架橋部1dが形成され、前記セラミック多層基板のうち前記段部1b,1cと前記架橋部1dの間に第1の凹部1eと前記水晶振動片2の自由端に対応する部分には第3の凹部1gが形成されているので、セラミック多層基板の堤部にかかる応力が、セラミック多層基板の全体で1つの大きな凹形状を構成する場合に比べて、第1の凹部1eと第3の凹部1gの2箇所の小さな凹形状を構成することで、より分散され、パッケージ強度が向上する。   Further, a bridging portion 1d is formed, and a portion of the ceramic multilayer substrate corresponding to the first recess 1e and the free end of the quartz crystal vibrating piece 2 between the stepped portions 1b and 1c and the bridging portion 1d Since the three recesses 1g are formed, the stress applied to the bank portion of the ceramic multilayer substrate is larger than that in the case where the entire ceramic multilayer substrate forms one large recess shape. By configuring the two small concave shapes of the concave portion 1g, the concave portions are further dispersed and the package strength is improved.
また、セラミック多層基板のうち前記段部1b,1cと前記架橋部1dの間に第1の凹部1eが形成されているので、水晶振動片2の自由端側に向かって延長して導電性接合材Dが流れ出し塗布されることがなくなり、水晶振動片2の振動を阻害することがなくなる。前記段部の2つの導電パッド12,13の間に第2の凹部1fが形成されているので、2つの導電パッド間12,13での導電性接合材Dによる短絡の問題が一切なくなる。前記セラミック多層基板のうち水晶振動片2の自由端に対応する部分には、第3の凹部1gが形成されているので、水晶振動片2の脚部の先端部が撓んでセラミック多層基板1に当接することがなく、落下などの衝撃を受けた場合に水晶振動片の割れや欠けが発生することがない。   Further, since the first concave portion 1e is formed between the stepped portions 1b and 1c and the bridging portion 1d in the ceramic multilayer substrate, the first conductive portion extends toward the free end side of the crystal vibrating piece 2 and is conductively bonded. The material D does not flow out and is applied, and the vibration of the quartz crystal vibrating piece 2 is not hindered. Since the second recess 1f is formed between the two conductive pads 12 and 13 of the stepped portion, there is no problem of short circuit due to the conductive bonding material D between the two conductive pads 12 and 13. Since the third concave portion 1g is formed in the portion corresponding to the free end of the crystal vibrating piece 2 in the ceramic multilayer substrate, the tip end portion of the leg portion of the crystal vibrating piece 2 is bent to form the ceramic multilayer substrate 1. There is no contact, and the crystal vibrating piece is not cracked or chipped when subjected to an impact such as dropping.
また、前記セラミック多層基板の収納部と凹所の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部R1〜R12が形成されているので、圧電振動デバイスが搭載される回路基板の反りなどにより、セラミック多層基板1に応力が加わっても、角部分のクラックの発生を抑制することができる。   Further, chamfered portions R1 to R12 are formed at the corners of the storage portion and the recess of the ceramic multilayer substrate, the connection portion between the bank portion and the bridge portion, and the connection portion between the bank portion and the step portion, respectively. Therefore, even if stress is applied to the ceramic multilayer substrate 1 due to the warp of the circuit board on which the piezoelectric vibration device is mounted, the occurrence of cracks at the corners can be suppressed.
また、音叉型水晶振動片の周波数調整電極23,24は、前記セラミック多層基板の第3の凹部1gに対応する位置に配置されるので、セラミック多層基板の底面部との距離を離すことができ、周波数調整に伴う電極材料の飛散による悪影響を軽減することができる。   Further, since the frequency adjustment electrodes 23 and 24 of the tuning fork type crystal vibrating piece are disposed at positions corresponding to the third recesses 1g of the ceramic multilayer substrate, the distance from the bottom surface of the ceramic multilayer substrate can be increased. In addition, it is possible to reduce an adverse effect due to scattering of the electrode material accompanying the frequency adjustment.
次に、本発明による他の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図4、図5とともに説明する。図4は本発明の他の実施形態を示し、水晶振動片を搭載しない状態のセラミック多層基板を示す平面図であり、図5は図4のC−C線に沿う断面図である。本形態では上記実施形態に対して、堤部10の形状が異なっている。基本構成は上記実施形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。図5に示すように、前記セラミック多層基板の堤部10のうち、前記段部1b,1c、および前記架橋部1dと連結される堤部分10bは、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部10aより内側に張り出して形成されている。つまり、前記架橋部1dと連結される堤部分10bは、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部10aより幅広の状態で形成されているので、セラミック多層基板の積層ズレの影響なくして架橋部1dによる安定した機械的な曲げ強度の補強が得られ、クラックをなくす。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 by taking a surface-mounted crystal resonator as an example. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, and is a plan view showing a ceramic multilayer substrate in a state in which no crystal resonator element is mounted. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. In this embodiment, the shape of the bank portion 10 is different from the above embodiment. Since the basic configuration is the same as that of the above embodiment, the same components are described using the same numbers, and a part of the description is omitted. As shown in FIG. 5, among the bank portions 10 of the ceramic multilayer substrate, the bank portions 10b connected to the stepped portions 1b and 1c and the bridging portion 1d are the uppermost portions where the sealing metallized portions are formed. It is formed so as to project inward from the bank portion 10a. That is, the bank portion 10b connected to the bridging portion 1d is formed in a wider state than the uppermost bank portion 10a on which the sealing metallized portion is formed, thereby eliminating the influence of stacking deviation of the ceramic multilayer substrate. Thus, stable mechanical bending strength reinforcement by the bridging portion 1d is obtained, and cracks are eliminated.
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。例えば、導電性接合材としてシリコーン系の樹脂接着剤に限るものではなく、他の樹脂接着剤やはんだ材でもよく、さらに金属バンプ材でもよい。また、面取りとして曲率状のものに限らない。また、上記説明において圧電振動デバイスの例として、音叉型水晶振動片を例示したが、厚みすべり振動する方形状の水晶振動片でもよい。また、封止の方法として、シーム溶接を例にしているが、レーザーや電子ビームなどのビーム溶接による封止でもよい。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。   The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For example, the conductive bonding material is not limited to a silicone-based resin adhesive, and may be another resin adhesive or a solder material, and may be a metal bump material. Further, the chamfer is not limited to a curved shape. In the above description, a tuning fork type crystal vibrating piece is illustrated as an example of a piezoelectric vibrating device, but a square-shaped quartz vibrating piece that vibrates in a thickness-shear manner may be used. Further, as a sealing method, seam welding is taken as an example, but sealing by beam welding such as laser or electron beam may be used. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明の実施形態を示す水晶振動片を搭載した状態における平面図。The top view in the state where the crystal vibrating piece which shows the embodiment of the present invention was carried. 図1のA−A線に沿った断面図。Sectional drawing along the AA line of FIG. 図1の水晶振動片を搭載する前の平面図。FIG. 2 is a plan view before mounting the crystal resonator element of FIG. 1. 本発明の他の実施形態を示す水晶振動片を搭載する前の平面図。The top view before mounting the quartz crystal vibrating piece which shows other embodiment of this invention. 図4のC−C線に沿った断面図。Sectional drawing along CC line of FIG. 従来と本発明の圧電振動デバイスの各形態を示した模式図。The schematic diagram which showed each form of the piezoelectric vibration device of the past and this invention.
符号の説明Explanation of symbols
1 セラミック多層基板
10 堤部
11 封止用メタライズ部
2 水晶振動片(圧電振動片)
12,13 導電パッド
3 金属蓋(金属の蓋体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic multilayer substrate 10 Bank part 11 Metallizing part for sealing 2 Crystal vibrating piece (piezoelectric vibrating piece)
12, 13 Conductive pad 3 Metal lid (metal lid)

Claims (4)

  1. 有底の収納部と、当該収納部の中に形成された圧電振動片を搭載する段部と、段部の上部に並列に形成された2つの導電パッドと、前記収納部と段部を囲み上面に封止用メタライズ部が形成された堤部とを有する平面視略長方形状のセラミック多層基板に、圧電振動片の片端部側が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持され、金属の蓋体により気密封止してなる圧電振動デバイスであって、
    前記セラミック多層基板の長辺方向の少なくとも中央部で、収納部の中には、前記堤部の一部を短辺方向に連結する絶縁性の架橋部が形成され、
    前記セラミック多層基板のうち前記段部と前記架橋部の間に第1の凹部と、前記段部の2つの導電パッドの間に第2の凹部が形成され、かつ前記圧電振動片の自由端に対応する部分には第3の凹部が形成されてなることを特徴とする圧電振動デバイス。
    A bottomed storage portion, a step portion on which the piezoelectric vibrating piece formed in the storage portion is mounted, two conductive pads formed in parallel on the upper portion of the step portion, and enclosing the storage portion and the step portion A ceramic multilayer substrate having a substantially rectangular shape in plan view having a bank portion with a metallization portion for sealing formed on the upper surface, one end portion side of the piezoelectric vibrating piece is held on the upper surface of the conductive pad via a conductive bonding material, A piezoelectric vibration device hermetically sealed with a lid of
    In at least the central part in the long side direction of the ceramic multilayer substrate, an insulating bridging part that connects a part of the bank part in the short side direction is formed in the storage part,
    A first recess is formed between the step portion and the bridging portion of the ceramic multilayer substrate, and a second recess is formed between the two conductive pads of the step portion, and at the free end of the piezoelectric vibrating piece. A piezoelectric vibration device characterized in that a third recess is formed in a corresponding portion.
  2. 前記セラミック多層基板の堤部のうち、前記架橋部と連結される部分は、封止用メタライズ部が形成された最上部分の堤部より内側に形成されてなることを特徴とする特許請求項1記載圧電振動デバイス。 The portion connected to the bridging portion of the bank portion of the ceramic multilayer substrate is formed inside the uppermost bank portion where the sealing metallization portion is formed. Description Piezoelectric vibration device.
  3. 前記収納部と凹部の角部、前記堤部と架橋部の接続部分、および前記堤部と段部の接続部分には、各々面取部が形成されてなることを特徴とする特許請求項1、または特許請求項2記載の圧電振動デバイス。 2. The chamfered portion is formed in each of the corner portion of the storage portion and the concave portion, the connecting portion of the bank portion and the bridge portion, and the connecting portion of the bank portion and the step portion. Or a piezoelectric vibration device according to claim 2.
  4. 前記圧電振動片が、基部と、この基部から突出された複数の脚部とからなり、各脚部主面の先端部には、金属材料からなる周波数調整電極が形成された音叉型圧電振動片であることを特徴とする特許請求項1乃至3記載の圧電振動デバイス。
    The piezoelectric vibrating piece includes a base portion and a plurality of leg portions protruding from the base portion, and a tuning fork type piezoelectric vibrating piece in which a frequency adjustment electrode made of a metal material is formed at a tip portion of each leg main surface. The piezoelectric vibration device according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration device is a piezoelectric vibration device.
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