JP2008035304A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧電デバイスでは、２種類の容器体が必要となるため、管理する部材数が増えてしまい、生産コストが余分掛かる問題が生じる虞がある。
【解決手段】容器体の凹部空間内底面には二組の素子搭載パッドが形成されており、一方の組を構成する素子搭載パッドのうちの第２の素子搭載パッドと、他方の組を構成する素子搭載パッドのうちの第３の素子搭載パッドとが、電気的に接続されており、且つ、この電気的に接続された該第２の素子搭載パットと該第３の素子搭載パッドとが、容器体実装側主面に形成され、外部実装基板に接合する複数の外部接続用電極端子のうちの１つの外部接続用電極端子と電気的に接続している圧電振動子。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯用通信機器や電子計算機等の電子機器に用いられる電子部品の一つである圧電振動子に関するものである。

従来、圧電素板の両主面に電極を形成した圧電振動素子をパッケージ内部に搭載した圧電振動子は、携帯用通信機器や電子計算機器等の電子機器内に、タイミングデバイス又は、基準信号発生源として搭載されている。

かかる従来の圧電振動子の一例としては、圧電材として水晶を使用した水晶振動子を示す。容器体に形成された凹部空間内底面には、一対の素子搭載用パッドが設けられている。この素子搭載用電極パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振電極を表裏主面に有した水晶振動素子が搭載されており、この水晶振動素子を囲繞する容器体の側壁頂面には、シールリングが取着されている。このシールリングの上に金属製の蓋体を被せ、シーム溶接等でシールリングと蓋体とを溶融接合することにより、水晶振動素子の搭載空間（凹部空間）を気密封止した水晶振動子である。（例えば、下記特許文献１を参照。）

このような水晶振動子において、容器体の実装側主面に設けられる入出力端子並びにグランド端子等の外部接続用電極端子を介して、容器体内部に搭載された水晶振動素子の励振電極間に外部からの励振電極が印加されると、水晶振動素子の形態等に応じた所定の振動モード及び周波数で振動を起こすようになっており、その周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振・出力される。このような基準信号は携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。

前述のような水晶振動子を含む圧電振動子については、以下のような先行技術文献が開示されている。
特開２００１−２７４６４９号公報 特開２００４−２３６１８３号公報

尚、出願人は、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに到らなかった。

しかしながら、従来の圧電振動子では、ユーザ側の実装基板の回路パターンの形成形態により、外部接続用電極端子のうちの入力端子又は出力端子が、容器体の実装側主面上の対角に位置するよう形成された容器体と、容器体の実装主面上の一辺の両端角部に隣接する位置に形成された容器体との、２種類の容器体が必要となるため、管理する部材数が増えてしまい、生産コストが余分掛かる欠点が生じる虞がある。また、圧電振動子の製品ごとに容器体を変更する必要が生じるため、容器体が変更されるごとに生産ラインを変更する必要があるので、圧電振動子の生産効率が低下してしまう可能性があった。

本発明は上記欠点に鑑みて考案されたものであり、その目的は、部材数を削減できると共に、生産性を向上させることができる圧電振動子を提供することにある。

上述した課題を解決するために成された本発明は、矩形状の容器体の凹部空間内部底面に２個で一組の素子搭載パッドが形成され、この素子搭載パッドに圧電振動素子が搭載されており、容器体の側壁頂部には容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と側壁頂部に設けた封止用導体パターンとを固着し、容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電振動子において、容器体の凹部空間内底面には二組の素子搭載パッドが形成されており、一方の組を構成する素子搭載パッドのうちの第２の素子搭載パッドと、他方の組を構成する素子搭載パッドのうちの第３の素子搭載パッドとが電気的に接続されており、且つ、この電気的に接続された第２の素子搭載パットと第３の素子搭載パッドとが容器体実装側主面に形成され、外部実装基板に接合する複数の外部接続用電極端子のうちの１つの外部接続用電極端子と電気的に接続していることを特徴とする圧電振動子である。

また、第２の素子搭載パッドと第３の素子搭載パッドとが電気的に接続されている外部接続用電極端子が、圧電振動子としての入力端子であることを特徴とする前段落記載の圧電振動子でもある。

本発明の圧電振動子によって、圧電振動素子を搭載する素子搭載パッドの組を、圧電振動子の搭載方向を変更することにより変えることで、容器体実装側主面に形成された外部接続用電極端子うちの入出力端子として機能する２つの外部接続用電極端子を、容器体の実装側主面上の対角に位置する外部接続用電極端子としたり、容器体の実装主面上の一辺の両端角部に隣接する位置の外部接続用電極端子としたりすることができるので、一つの構造の容器体で２つの使用形態に対応でき、圧電振動子の製造に使用する部材数を削減することが可能となる。また、一つの構造の容器体で２つの使用形態の圧電振動子を製造できるので、容器体の変更に起因する生産ライン変更する必要がなく、圧電振動子の生産効率の低下を防止することができる。

更に本発明の圧電デバイスによれば、第２の素子搭載パッドと第３の素子搭載パッドとが電気的に接続されている外部接続用電極端子が入力端子であることによって、圧電振動子の出力側配線長を入力側配線長より短くすることができ、雑音における出力側配線に対する影響を最小限にし、出力信号の周波数変動を最小限にすることが可能となる。

因って、本発明により、部材数を削減できると共に、生産性を向上させることができる圧電振動子を提供できる効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子を、圧電材料として水晶を用いた振動子（以下、水晶振動子という）を例に示した分解斜視図である。図２は、図１に記載の水晶振動子を組み立てた後の断面図であり、図３は、本発明の圧電デバイスで用いられている容器体を構成する各積層を示した平面図であり、（ａ）は、容器体の素子搭載電極パッドが形成されている面からみた凹部空間内の第１の層の主面を示したものであり、（ｂ）は第２の層を容器体の素子搭載電極パッドが形成されている面側から示したものであり、（ｃ）は、第２の層主面を外部接続用電極端子が形成されている面から示したものである。
尚、各図では、同じ符号は、同じ部品を示し、また説明を明りょうにするため構造体の一部は図示していない。さらに図示した寸法も一部誇張して示している。
これらの図に示す水晶振動子は、大略的に、主面形状が矩形の容器体１内部に形成された凹部空間内に水晶振動素子２が収容し、蓋体３によって水晶振動素子収容空間を気密封止した構造である。

前記容器体１は、例えば、アルミナセラミックス、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る平板状の絶縁層である第１の層１１及び第２の層１２を２層積層し、そこへ環状の絶縁層を更に積層することによって形成されており、これにより容器体１の上主面には、中央域に矩形状に開口する凹部空間４が形成される。又、凹部空間４の開口部を囲繞する側壁部の開口部側頂面には、環状の封止用導体パターン５が形成され、圧電振動子の実装側主面となる第２の層１２表面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む４個の外部接続用電極端子６ａ〜６ｄがそれぞれ設けられている。
容器体１は、その上面に開口する凹部空間４の内部に、水晶振動素子２を収容するためのものであり、凹部空間４内の底面のなる第１の層１１表面には水晶振動素子２の表裏両主面に形成された励振用電極と各個電気的に接続される２組の素子搭載パッド７ａ〜７ｄが被着形成されている。この一方の組を構成する素子搭載パッドは、第１の素子搭載パッド７ａ、第２の素子搭載パッド７ｂによって構成されており、他方の組を構成する素子搭載パッドは、第３の素子搭載パッド７ｃ、第４の素子搭載パッド７ｄによって構成されている。

また、容器体１の側壁部の凹部空間４開口部側頂面に形成された封止用導体パターン５は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、凹部空間４開口部を環状に囲繞する形態で被着させることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その封止用導体パターン５の内周側縁部は凹部空間４の内壁面に、外周側縁部は容器体１の外側面にそれぞれ露出されている。この封止用導体パターン５は、後述する蓋体３を、蓋体３に形成された封止部材１０を介して容器体１の上面に接合させるためのものであり、かかる封止用導体パターン５を、上述したようにＷ若しくはＭｏから成る基層の表面にＮｉ層及びＡｕ層を順次被着させた構成となしておくことにより、封止用導体パターン５に対する封止部材１０の濡れ性を良好とし、圧電振動子の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。

かかる容器体１の凹部空間４内底面に設けられている２組の素子搭載パッドはそれぞれ、第１の素子搭載パッド７ａは外部接続用電極端子６ａと、第２の素子搭載パッド７ｂ及び第３の素子搭載パッド７ｃは外部接続用電極端子６ｂと、第４の素子搭載パッド７ｄは外部接続用電極端子６ｄと、容器体１を構成する各層表面の共通配線パターン９ａや、各層を貫通するビア導体９ｂを介して電気的に接続されている。又、各組を構成する素子搭載パッドは、組毎でそれぞれその上面側で後述する水晶振動素子２の励振用電極に導電性接着材８を介して電気的且つ機械的に接続されている。

上記のように接続された各素子搭載パッド及び各外部接続用電極端子が形成されていることにより、例えば水晶振動素子２の搭載する素子搭載パッドの組を、第１の素子搭載パッド７ａと第２の素子搭載パッド７ｂとの組とした場合、圧電振動子の入出力端子と使用する外部接続用電極端子は、外部接続用電極端子６ａと６ｂとなる。又、水晶振動素子２の搭載する素子搭載パッドの組を、第３の素子搭載パッド７ｃと第２の素子搭載パッド７ｄとの組とした場合、圧電振動子の入出力端子と使用する外部接続用電極端子は、外部接続用電極端子６ｂと６ｄとなる。このように圧電振動素子２を搭載する素子搭載パッドの組を、圧電振動子の搭載方向を変更することにより変えることで、圧電振動子の入出力端子として機能する外部接続用電極端子を、容器体１の実装側主面上の対角に位置する外部接続用電極端子としたり、容器体１の実装主面上の一辺の両端角部に隣接する位置の外部接続用電極端子としたりすることができる。このため、一つの構造の容器体１で２つの使用形態に対応でき、水晶振動子の製造に使用する部材数を削減することが可能となる。また、一つの構造の容器体１で２つの使用形態の水晶振動子を製造できるので、容器体１の変更に起因する生産ライン変更する必要がなく、水晶振動子の生産効率の低下を防止することができる。又、第２の素子搭載パッド７ｂと第３の素子搭載パッド７ｃとが電気的に接続されている外部接続用電極端子７ｂが入力端子であることによって、水晶振動子の出力側配線長を入力側配線長より短くすることができ、雑音における出力側配線に対する影響を最小限にし、出力信号の周波数変動を最小限にすることが可能となる。因って、部材数を削減できると共に、生産性を向上させることができる水晶振動子を提供できる効果を奏する。

また容器体１の内部には、一方の終端を容器体１の側壁部の開口部側頂面に、他方の終端を容器体１の外下面に導出させたビア導体（図示せず）が埋設されており、容器体１の側壁部の開口側側面に被着させた封止用導体パターン５上に封止部材１０を介して蓋体３を接合することによって、蓋体３がビア導体を介して容器体１下面に形成されている外部接続用電極端子６ｃであるグランド端子と電気的に接続される。このように、金属素材から成る蓋体３を外部接続用電極端子６ｃのグランド端子と電気的に接続させておくことにより、水晶振動子の使用の際には、蓋体３がグランド電位となるため、蓋体３の電磁シールド作用によって、水晶振動素子２を外部からの不要な電気的作用により良好に保護することができる。このようなグランド端子を含む容器体１下面の外部接続用電極端子６ａ〜６ｄは、水晶振動子をマザーボード等の外部配線基板上に搭載する際、外部配線基板の配線と半田や金属バンプ等の導電性を有する接合材を介して電気的に接続するための電極端子として機能する。

尚、上述した容器体１は、アルミナセラミックスからなる場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面に外部接続用電極端子６ａ〜６ｄ、素子搭載パッド及び封止用導体パターン５となる導体ペーストを、またセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内にビア導体となる導体ペーストを、従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することにより製作される。

一方、容器体１の凹部空間４内に収容される水晶振動素子２は、水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施した、概略平板状で主面形状が四角形であり、その水晶素板の表裏両主面に一対の励振用電極を被着・形成してなり、外部からの交番電圧が励振用電極を介して水晶素板に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。このような水晶振動素子２は、その両主面に被着されている励振用電極から水晶素板の一方の短辺側に引き出した引き出し電極と、凹部空間４内底面の対応する一方の１組の素子搭載パッドを構成する第１の素子搭載パッド７ａ及び第２の素子搭載パッド７ｂと、又は他方の１組の素子搭載パッドを構成する第３の素子搭載パッド７ｃ及び第４の素子搭載パッド７ｄとを、導電性接着材８を介して電気的・機械的に接続することによって容器体１の凹部空間４内底面に搭載される。

前記導電性接着材８は、シリコン樹脂やポリイミド樹脂等から成る樹脂材料中にＡｇ等から成る導電性粒子を所定量、添加・混合してなるものである。

また、容器体上に配置される蓋体３は、従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に整形することによって製作される。蓋体３の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面の少なくとも封止用導体パターン５に相対する箇所に封止部材１０である金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層が形成される。金錫（Ａｕ−Ｓｎ）層の厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が８０％、錫が２０％のものが使用されている。また、このような封止部材１０は、封止用導体パターン５表面の凹凸を緩和し、気密性の低下を防ぐことが可能となる。このような蓋体３を水晶振動素子２が内部に搭載された凹部空間４を囲繞する側壁部頂部に形成した封止用導電パターン５上に、凹部空間４の開口部を覆う形態で配置され、封止部材１０と封止用導体パターン５とを溶融接合することにより、凹部空間４内を気密に封止し、水晶振動素子を構成している。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施例では、圧電振動子を構成する要素のうち、圧電振動素子の材料として水晶を用いたものを例示したが、圧電効果を奏するものであれば、水晶の他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムや圧電セラミックなどの他の圧電材を使用しても構わない。

また、上述の実施例では、第２の素子搭載パッド７ｂと第３の素子搭載パッド７ｃは、容器体１中に形成した共通配線パターン９ａ及びビア導体９ｂを介して、入力端子である外部接続用電極端子６ｂに接続されているが、第２の素子搭載パッド７ｂと第３の素子搭載パッド７ｃとを、一体とした形態の素子搭載パッドとして形成して、その素子搭載パッドを入力端子である外部接続用電極端子６ｂに電気的に接続した形態でも構わない。
また、ここでいう入力端子とは、インバータを用いた発振回路に組み込んだ時のインバータの入力側に接続される圧電振動素子の端子のことである。

図１は、本発明における圧電振動子の一例である水晶振動子の一実施形態を示す分解斜視図である。 図２は、図１で示した水晶振動子を示した断面図である。 図３（ａ）乃至（ｃ）は、図１で示した水晶振動子で用いられている容器体の各積層を示した平面図であり、（ａ）は、容器体の素子搭載電極パッドが形成されている面からみた凹部空間内の第１の層の主面を示したものであり、（ｂ）は第２の層を容器体の素子搭載電極パッドが形成されている面側から示したものであり、（ｃ）は、第２の層主面を外部接続用電極端子が形成されている面から示したものである。

符号の説明

１・・・・・・・容器体
２・・・・・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
３・・・・・・・蓋体
４・・・・・・・凹部空間
５・・・・・・・封止用導体パターン
６ａ〜６ｄ・・・外部接続用電極端子
７ａ・・・・・・第１の素子搭載パッド
７ｂ・・・・・・第２の素子搭載パッド
７ｃ・・・・・・第３の素子搭載パッド
７ｄ・・・・・・第４の素子搭載パッド
８・・・・・・・導電性接着材
９ａ・・・・・・共通配線パターン
９ｂ・・・・・・導体ビア
１０・・・・・・封止部材
１１・・・・・・第１の層
１２・・・・・・第２の層

Claims (2)

1. 矩形状の容器体の凹部空間内部底面に２個で一組の素子搭載パッドが形成され、該素子搭載パッドに圧電振動素子が搭載されており、該容器体の側壁頂部には該容器体の開口部を覆う矩形状の蓋体が配置されており、該蓋体と該側壁頂部に設けた封止用導体パターンとを固着し、該容器体内の圧電振動素子を気密封止している圧電振動子において、
   該容器体の凹部空間内底面には二組の該素子搭載パッドが形成されており、一方の組を構成する素子搭載パッドのうちの第２の素子搭載パッドと、他方の組を構成する素子搭載パッドのうちの第３の素子搭載パッドとが、電気的に接続されており、且つ、この電気的に接続された該第２の素子搭載パットと該第３の素子搭載パッドとが、該容器体実装側主面に形成され、外部実装基板に接合する複数の外部接続用電極端子のうちの１つの該外部接続用電極端子と電気的に接続していることを特徴とする圧電振動子。
2. 該第２の素子搭載パッドと該第３の素子搭載パッドとが電気的に接続されている該外部接続用電極端子が、圧電振動子としての入力端子であることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。

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