JP2007288551A - 圧電振動素子の保持構造、圧電振動子、及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】表面実装用パッケージ等の絶縁基板上に配置した素子搭載用パッド上に硬化時に
収縮する性質を有した導電性接着剤によって電気的機械的に接続される圧電振動素子が、
導電性接着剤の収縮によって歪みを起こすことによって電気的特性が悪化するという不具
合を解決することができる圧電振動素子の保持構造、この圧電振動素子を備えた圧電振動
子、及び圧電発振器を提供する。
【解決手段】絶縁基板１１面上に離間して配置された少なくとも２つの素子搭載用パッド
１２に対して夫々硬化時に収縮する導電性接着剤１４により圧電振動素子２の端部を接続
固定した圧電振動素子の保持構造であって、各導電性接着剤が硬化時に収縮することによ
り圧電振動素子との各接続部間に発生する引張り応力をキャンセルする応力、或いは保形
力を生成する緩和部材２０を、圧電振動素子面に固定した。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装用のパッケージ上に配置した素子搭載用パッド上に導電性接着剤によ
って電気的機械的に接続される圧電振動素子の保持構造、この圧電振動素子を備えた圧電
振動子、及び圧電発振器に関する。

水晶振動子の如く、圧電振動素子をパッケージ内に気密封止した構造の表面実装型の圧
電デバイスは、携帯電話機、ページャ等の通信機器や、コンピュータ等の電子機器等にお
いて、基準周波数発生源、フィルタ等として利用されている。
圧電振動素子は、圧電基板の各主面上に励振電極と、各励振電極から延びるリード電極
を成膜した構成を有しており、圧電デバイスを構築する場合、圧電振動素子は絶縁材料か
ら成るパッケージや絶縁基板面に設けた素子搭載用パッド面に導電性接着剤を用いて接着
される。

図４（ａ）及び（ｂ）は従来の圧電振動子の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図であ
る。
水晶振動子等の圧電振動子１００は、水晶振動素子等の圧電振動素子１０１をセラミッ
ク等から成る表面実装用のパッケージ１１０内に収容して気密的に封止した構成を備えて
いる。
即ち、圧電振動素子１０１は、図４に示すように水晶等の圧電材料からなる圧電基板１
０２と、この圧電基板１０２の表裏両主面の振動領域に夫々形成した励振電極１０３と、
各励振電極１０３から圧電基板の一端縁に引き出したリード電極１０４と、各リード電極
１０４の端部に設けた接続パッド１０４ａと、を有している。表面実装用のパッケージ１
１０は、絶縁材料から成るパッケージ本体１１１と、パッケージ本体１１１のキャビティ
内に設けた２つの素子搭載用パッド１１２と、パッケージ本体の底部に設けた複数の実装
端子１１３等を備えている。各実装端子１１３は図示しない内部導体を介して素子搭載用
パッド１１２、アース導体等と接続されている。

この圧電振動素子１０１を表面実装用のパッケージ１１０に搭載する場合には、パッケ
ージ本体１１１に設けたキャビティ内の２つの素子搭載用パッド１１２上に導電性接着剤
１１４によって圧電振動素子側の各接続パッド１０４ａを電気的機械的に接着してから、
蓋部材１１５によってキャビティを気密封止することが行われる。この圧電振動素子１０
１の保持構造は、その一端縁を導電性接着剤によってパッケージ内に保持された所謂片持
ち構造となっている。

導電性接着剤１１４としては、熱硬化性接着剤に導電材料から成る粒子（Ａｇフィラー
）を分散して混合させたものが使用されるが、この種の導電性接着剤は加熱により硬化す
る際に収縮するため、図４（ｂ）中に矢印（イ）で示すように各導電性接着剤１１４が接
着する圧電基板の端縁に沿った領域に、両外側へ向かう引張り応力が発生する。この引張
り応力は圧電基板端縁に歪みをもたらし、この歪みは温度周波数特性、及び共振周波数の
変動をもたらす原因となる。また、セラミックパッケージ１１０との圧電基板１０２との
間の熱膨張係数の相違により、外部温度環境の変化によって導電性接着剤による接続部に
歪みが発生するという問題もある。
熱硬化型接着剤の硬化時の収縮に起因した歪みは温度周波数特性に大きな影響を及ぼす
が、従来は蓋部材による封止前に圧電振動素子を熱処理することにより歪みによる悪影響
を軽減していた。しかし、実際には熱処理によって解消できる歪みによる悪影響には限界
があった。

特許文献１には、パッケージ内に圧電振動素子を片持ち保持する際に導電性接着剤によ
る２箇所の固着部分（各リード電極端部の接続パッド）を、圧電振動素子の角隅部に集中
して配置することにより歪み量を低減させることができる旨が開示されている。
しかし、圧電振動子が小型化した場合には圧電振動素子も小型化するため、圧電基板の
角隅部にだけ２箇所の固着部分を集中配備するのはスペース的に困難となる。また、圧電
振動素子の小型化によって固着部分間の距離が近接した状態となるため、各固着手段とし
て導電性接着剤を用いた場合には接続パッドからはみ出した導電性接着剤によって相互に
ショートを起こす虞がある。また、パッケージ側に配線されるラインとラインとの間のス
ペースは８０μｍが限界といわれているため、接続パッドの近接化にも限界があり、実現
が困難である。
特開２００５−２１７７６５公報

以上のように従来の圧電振動子にあっては、パッケージ（絶縁基板）上に設けた素子搭
載用パッド上に硬化時に収縮する性質を有した導電性接着剤を用いて圧電振動素子を固定
するが、導電性接着剤の硬化時に圧電基板に発生する歪みが圧電振動素子の温度周波数特
性に影響を与えるという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、表面実装用パッケージ等の絶縁基板上に配
置した素子搭載用パッド上に硬化時に収縮する性質を有した導電性接着剤によって電気的
機械的に接続される圧電振動素子が、導電性接着剤の収縮によって歪みを起こすことによ
って電気的特性が悪化するという不具合を解決することができる圧電振動素子の保持構造
、この圧電振動素子を備えた圧電振動子、及び圧電発振器を提供するものである。

本発明に係る圧電振動素子の保持構造は、絶縁基板面上に離間して配置された少なくと
も２つの素子搭載用パッドに対して夫々硬化時に収縮する導電性接着剤により圧電振動素
子の端部を接続固定した圧電振動素子の保持構造であって、前記各導電性接着剤が硬化時
に収縮することにより前記圧電振動素子との各接続部間に発生する引張り応力をキャンセ
ルする応力、或いは保形力を生成する緩和部材を、前記圧電振動素子面に固定したことを
特徴とする。
セラミックパッケージ等の絶縁基板上に設けた素子搭載用パッドに対して圧電振動素子
を接続する際に、熱硬化型の導電性接着剤を使用する場合、導電性接着剤が硬化する際の
収縮によって発生する応力により圧電振動素子を構成する圧電基板が一定の方向に歪みを
起こす。この歪みは温度周波数特性や共振周波数に影響を与えるため、歪みを解消、緩和
する必要がある。本発明は、上記歪みをもたらす引張り応力をキャンセルする性質を有し
た緩和部材を、前記歪みが発生する圧電基板の特定部位に固定したものである。

また、本発明の圧電振動素子の保持構造では、前記圧電振動素子は、振動領域を備えた
圧電基板と、該振動領域に成膜された少なくとも２つの励振電極と、各励振電極から圧電
基板の振動領域外の一端縁に延びるリード電極と、を備え、前記各リード電極の端部と前
記各素子搭載用パッドとの間を夫々前記導電性接着剤により接続することにより、前記圧
電振動素子を前記絶縁基板上に片持ち支持し、前記緩和部材は、前記各導電性接着剤によ
る接続部間に位置する圧電基板面に固定されていることを特徴とする。
圧電振動素子を絶縁基板上に片持ち支持する場合には、圧電振動素子の一端縁の両角部
にリード電極端部の接続パッドを配置するが、この場合には導電性接着剤による接続部間
を結ぶ領域内に上記引張り応力が発生するので、これをキャンセルする緩和部材を接続部
間に配置することにより歪みの緩和効果を発揮することができる。

また、本発明の圧電振動素子の保持構造では、前記緩和部材は、前記圧電基板の一端縁
の中間部に固定されていることを特徴とする。
片持ち支持構造の場合、接続部間の中間部に緩和部材を配置することが有効である。
また、本発明の圧電振動素子の保持構造では、前記圧電振動素子は、振動領域を備えた
圧電基板と、該振動領域に成膜された少なくとも２つの励振電極と、各励振電極から圧電
基板の振動領域外の対向する２つの端縁に夫々延びるリード電極と、を備え、前記各リー
ド電極の端部と前記各素子搭載用パッドとの間を夫々前記導電性接着剤により接続するこ
とにより、前記圧電振動素子の対向する両端縁を前記絶縁基板上に両持ち支持し、前記緩
和部材は、前記各導電性接着剤による接続部が存在しない他の２つの対向する端縁に沿っ
た位置に固定されていることを特徴とする。
圧電振動素子を両持ち構造により支持した場合には、接着部を設けた対向する両端縁で
はなく、他の２つの側端縁に沿った位置に緩和部材を配置することにより、各接着部から
発生する応力を緩和することが可能となる。

また、本発明の圧電振動素子の保持構造では、前記緩和部材として絶縁材料を使用した
ことを特徴とする。
緩和部材として絶縁材料を使用することにより、圧電基板上のリード電極等との接触が
可能となるため、緩和部材を配置する際の自由度が拡大する。
また、本発明の圧電振動子は、上記何れかの保持構造を備えた圧電振動素子と、該圧電
振動素子のリード電極の端部との間を導電性接着剤により接続される素子搭載用パッドを
備えた絶縁基板と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の圧電発振器は、上記圧電振動子と、発振回路部品と、を備えたことを特
徴とする。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る圧電振動素子を備えた圧電振動子の構成を示す外観斜
視図、要部平面図、及びＢ−Ｂ断面図である。
水晶振動子等の圧電振動子１は、水晶振動素子等の圧電振動素子２をセラミック等から
成る表面実装用のパッケージ１０内に収容して気密的に封止した構成を備えている。

圧電振動素子２は、水晶等の圧電材料からなる圧電基板３と、この圧電基板３の表裏両
主面の振動領域に夫々形成した励振電極４と、各励振電極４から夫々圧電基板の一端縁に
引き出したリード電極５と、各リード電極５の端部に設けた接続パッド５ａと、を有して
いる。表面実装用のパッケージ１０は、絶縁材料から成るパッケージ本体（絶縁基板）１
１と、パッケージ本体１１のキャビティ内に設けた２つの素子搭載用パッド１２と、パッ
ケージ本体の底部に設けた複数の実装端子１３等を備えている。各実装端子１３は図示し
ない内部導体を介して素子搭載用パッド１２、アース導体等と接続されている。

この圧電振動素子２を表面実装用のパッケージ１０に搭載する場合には、パッケージ本
体１１に設けたキャビティ内の２つの素子搭載用パッド１２上に導電性接着剤１４によっ
て圧電振動素子側の各接続パッド５ａを電気的機械的に接着してから、蓋部材１５をパッ
ケージ本体１１の外枠上面に固定することによってキャビティを気密封止することが行わ
れる。この圧電振動素子２の保持構造は、その一端縁を導電性接着剤１４によってパッケ
ージ内に保持された所謂片持ち構造となっている。

導電性接着剤１４としては、熱硬化性接着剤に導電材料から成る粒子（Ａｇフィラー）
を分散して混合させたものが使用される。
前述の如く、加熱によって硬化する際に収縮する導電性接着剤１４を用いて圧電振動素
子２を素子搭載用パッド１２上に固定した場合には、各導電性接着剤１４が接着する圧電
基板の端縁に沿った領域に発生する歪みによって温度周波数特性、及び共振周波数の変動
をもたらす。また、セラミックパッケージ１０との圧電基板３との間の熱膨張係数の相違
により、外部温度環境の変化によって導電性接着剤による接続部に歪みが発生するという
問題もある。

このような不具合を解消するため、本発明では、各接続パッド５ａと各素子搭載用パッ
ド１２との間を接続する各導電性接着剤１４が硬化する時に収縮することにより圧電振動
素子との各接続部間に発生する引張り応力（イ）をキャンセルする引張り応力（ロ）を生
成する緩和部材２０を、圧電基板上の適所、この例では各導電性接着剤による接続部間に
位置する圧電基板面に固定（塗布）している。
即ち、この実施形態では、圧電振動素子２を片持ち支持構造としているため、緩和部材
２０は、圧電基板３の振動領域を回避した一端縁の中間部に固定されている。

緩和部材２０としては、例えばＡｕペースト、エポキシ系樹脂、半田等の硬化時に収縮
する性質（或いは、圧電基板の歪み発生を阻止する保形力）を有した任意の材料を、適量
、適切な範囲に亘って固定する。これにより、各導電性接着剤１４が硬化、収縮すること
により圧電振動素子との各接続部間に発生する引張り応力（イ）を、逆方向へ向かう引張
り応力（ロ）、或いは変形を阻止する保持力（保形力）によってキャンセルすることがで
きる。
なお、緩和部材２０としてエポキシ系樹脂のように絶縁性を有した材料を使用する場合
にはリード電極５や接続パッド５ａに接触したとしても電気的特性に悪影響をもたらすこ
とがないので、緩和部材２０配置する範囲の自由度が広がる。

緩和部材２０を圧電基板３上に固定する位置、範囲は、図１（ｂ）の平面方向から見た
場合に、導電性接着剤１４による接続部間の領域内に位置するように、換言すれば離間配
置された各導電性接着剤１４間に位置する圧電基板上の引張り応力（イ）が発生する経路
上に位置するように選定する。このように各接続部によって生成される外側へ向かう引張
り応力（イ）が加わる経路に沿った位置に、引張り応力（イ）とは逆方向へ向かう引っ張
り応力（或いは歪みの発生を阻止する保形力）を発生する適量の緩和部材２０を固定する
ことにより、引張り応力（イ）を緩和、解消することができる。

次に、図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る圧電振動子の構成を示す平
面図、及びＣ−Ｃ断面図である。なお、図１に示した圧電振動子と同一部分には同一符号
を付して説明する。
本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子２の対向し合う２つの端縁に沿った適
所（この例では各端縁の中間部）に夫々接続パッド５ａを配置すると共に、パッケージ１
０のキャビティ内底面上の各接続パッド５ａが対面する位置には素子搭載用パッド１２を
配置する。各素子搭載用パッド１２上に塗布した導電性接着剤１４によって各接続パッド
５ａを接着固定することにより圧電振動素子２を所謂両持ち構造により支持している。

この実施形態では、各導電性接着剤１４の熱収縮時に、圧電振動素子２と各導電性接着
剤１４との接続部間に発生する外側へ向かう引張り応力（イ）をキャンセルする内側への
引張り応力（ロ）を熱収縮することにより発生する緩和部材２０を、各接続部が存在しな
い他の２つの対向する端縁（側端縁）に沿った適所（この例では各側端端縁の中間部）に
固定している点が特徴的である。或いは、緩和部材２０として、圧電基板の変形を阻止す
る保形力を備えた材料を使用してもよい。
このように圧電振動素子２をパッケージ１０上に両持ち構造により保持したタイプにお
いては、導電性接着剤の硬化時の収縮により、導電性接着剤との接続部が位置する２つの
圧電基板端縁へ夫々向かう方向の引張り応力（イ）が発生するが、励振電極４が成膜され
た振動領域を回避した両側端縁に沿った適所に緩和部材２０を固定配置することにより、
外側へ向かう引張り応力（イ）をキャンセルする内側方向へ向かう引張り応力（ロ）、或
いは保形力を生成させて、引張り応力（イ）に起因した周波数温度特性の変動を有効に防
止することができる。
緩和部材２０として使用する材料は図１の実施形態の場合と同様である。

次に、図３は本発明の各実施形態（図１、或いは図２の実施形態）に係る圧電振動子に
対して発振回路部品（ＩＣ部品）を組み付けることによって表面実装型の圧電発振器とし
た構成例を示す縦断面図である。なお、図３では図１に示した構造の圧電振動子１を使用
した圧電発振器を一例として示す。この圧電振動子１を構成する各構成要素のうち図１の
実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。

この圧電発振器３０は、断面がＨ型のパッケージ（絶縁容器）３１の上部キャビティ３
２内に圧電振動素子２を搭載すると共に、下部キャビティ３３内に発振回路、温度補償回
路等を構成するＩＣ部品（ベアチップ）３４を収容した構成を備えている。
この圧電発振器３０を構成する圧電振動子１部分は、上部キャビティ３２の内底面に設
けた２つの素子搭載用パッド１２を、導電性接着剤１４を用いて、圧電振動素子２側に設
けた２つの接続パッド５ａ（図示せず）と一対一にて接続し、更にキャビティを蓋部材１
５により気密封止した構成を備えている。更に、圧電振動素子２の一端縁に沿った中間部
に緩和部材２０を固定している。

下部キャビティ３３を形成する外枠の下面には実装端子３５が配置されている。下部キ
ャビティ３３の天井面にはＩＣ部品３４をフリップチップ実装するためのＩＣ搭載用パッ
ド３６が形成されている。
このように本発明の圧電振動素子２を備えた圧電振動子１は、ＩＣ部品３４を付加する
ことにより表面実装型圧電発振器を構築することができる。
なお、上記構成例は一例に過ぎず、ＩＣ部品をパッケージに組み付ける際の組付け構造
は種々変形可能である。例えば、水晶振動子のキャビティ内にＩＣ部品を収容することも
可能である。

上記各実施形態では、パッケージ（絶縁基板）としてキャビティを有したタイプを示し
たが、上面が平坦な絶縁基板上に形成された素子搭載用パッド上に導電性接着剤によって
圧電振動素子を保持した状態で、圧電振動素子を含む絶縁基板上の空間を封止用の蓋部材
によって封止した構造の圧電振動子、圧電発振器であってもよい。
また、本発明に係る接着剤収容部を備えた圧電振動素子（圧電基板）の構造は、図示説
明した如き平板状（短冊状）のタイプのみならず、振動領域が二股に分岐した音叉型、或
いは厚肉の圧電基板の中央部に凹陥部を設けたタイプ等々、あらゆるタイプの圧電振動素
子に適用することができる。
上記各実施形態では、圧電振動子の一例として水晶振動子を例示したが、本発明は水晶
以外の圧電材料を用いた圧電デバイス一般に適用することができる。

（ａ）乃至（ｃ）は本発明の一実施形態に係る圧電振動素子を備えた圧電振動子の構成を示す外観斜視図、要部平面図、及びＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る圧電振動子の構成を示す平面図、及びＣ−Ｃ断面図である。 本発明の各実施形態に係る圧電振動子に対して発振回路部品を組み付けることによって表面実装型の圧電発振器とした構成例を示す縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は従来の圧電振動子の構成を示す平面図、及びＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１…圧電振動子、２…圧電振動素子、３…圧電基板、４…励振電極、５…リード電極、
５ａ…接続パッド、１０…パッケージ、１１…パッケージ本体（絶縁基板）、１２…素子
搭載用パッド、１３…実装端子、１４…導電性接着剤、１５…蓋部材、２０…緩和部材、
３０…圧電発振器、３２…上部キャビティ、３３…下部キャビティ、３４…ＩＣ部品、３
５…実装端子、３６…ＩＣ搭載用パッド。

Claims (7)

1. 絶縁基板面上に離間して配置された少なくとも２つの素子搭載用パッドに対して夫々硬
   化時に収縮する導電性接着剤により圧電振動素子の端部を接続固定した圧電振動素子の保
   持構造であって、
   前記各導電性接着剤が硬化時に収縮することにより前記圧電振動素子との各接続部間に
   発生する引張り応力をキャンセルする応力、或いは保形力を生成する緩和部材を、前記圧
   電振動素子面に固定したことを特徴とする圧電振動素子の保持構造。
2. 前記圧電振動素子は、振動領域を備えた圧電基板と、該振動領域に成膜された少なくと
   も２つの励振電極と、各励振電極から圧電基板の振動領域外の一端縁に延びるリード電極
   と、を備え、
   前記各リード電極の端部と前記各素子搭載用パッドとの間を夫々前記導電性接着剤によ
   り接続することにより、前記圧電振動素子を前記絶縁基板上に片持ち支持し、
   前記緩和部材は、前記各導電性接着剤による接続部間に位置する圧電基板面に固定され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子の保持構造。
3. 前記緩和部材は、前記圧電基板の一端縁の中間部に固定されていることを特徴とする請
   求項２に記載の圧電振動素子の保持構造。
4. 前記圧電振動素子は、振動領域を備えた圧電基板と、該振動領域に成膜された少なくと
   も２つの励振電極と、各励振電極から圧電基板の振動領域外の対向する２つの端縁に夫々
   延びるリード電極と、を備え、
   前記各リード電極の端部と前記各素子搭載用パッドとの間を夫々前記導電性接着剤によ
   り接続することにより、前記圧電振動素子の対向する両端縁を前記絶縁基板上に両持ち支
   持し、
   前記緩和部材は、前記各導電性接着剤による接続部が存在しない他の２つの対向する端
   縁に沿った位置に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子の保持
   構造。
5. 前記緩和部材として絶縁材料を使用したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項
   に記載の圧電振動素子の保持構造。
6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の保持構造を備えた圧電振動素子と、該圧電振動素
   子のリード電極の端部との間を導電性接着剤により接続される素子搭載用パッドを備えた
   絶縁基板と、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
7. 請求項６に記載の圧電振動子と、発振回路部品と、を備えたことを特徴とする圧電発振
   器。

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