JP2008085469A - 導電性接着剤およびこれを利用した圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】付着させる製品の製造工程を増やさずに、導通性の向上を図ることができる導電性接着剤、およびこれを利用した圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】圧電振動片２０の接続用の電極部２６を、樹脂成分４２ａに導電性フィラー４２ｂが含有された導電性接着剤４２を用いて、パッケージ３０のマウント用の電極部４０に固定するようにした圧電デバイスであって、導電性接着剤４２は、導電性フィラー４２ｂと、金属材料４６と、導電性フィラー４２ｂの界面における硬化速度に比べて金属材料４６の界面における硬化速度が遅い樹脂成分４２ａとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂成分に導電性フィラーを含有させた導電性接着剤、およびこれを利用した圧電デバイスに関するものである。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に圧電デバイスが広く使用されている。
図３は、従来の圧電デバイスの例示である圧電振動子１の概略縦断面図である。
この図の圧電振動子１は、パッケージ２内に圧電振動片５が収容されている。

すなわち、パッケージ２の内面にはマウント用の電極部８が形成されており、このマウント用の電極部８は、タングステン８ａ等を下地として、導電率のよい金（Ａｕ）８ｂを表層部に有している。
一方、圧電振動片５は、水晶等の圧電体を励振させる励振電極（図示せず）を端部に引き出すようにして形成された接続用の電極部７を有している。
そして、マウント用の電極部８の表面に、樹脂成分４に導電性フィラーである銀（Ａｇ）粒子６を含有された導電性接着剤３を塗布して、その導電性接着剤３の上に、圧電振動片５の接続用の電極部７を載置し、その後、導電性接着剤３を加熱・硬化させることで、圧電振動片５をパッケージ２に接合している。

なお、圧電振動片５の接続用の電極部７は、通常、クロム（Ｃｒ）を下地として導電率のよい金を表層部に有しているが、金は比較的高価であるため、その厚みは出来るだけ薄い方が経済的である。ところが、金の膜厚が薄いと、下地のクロムが拡散して、圧電振動片５はパッケージ２に接合する前と後とで周波数特性が変化する恐れがある。そこで、図３の接続用の電極部７は、クロム、金の上にさらにクロムの膜を形成し、パッケージ２に接続した前後の周波数が変化しないようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１９８３１２の公開特許公報

ところが、導電性接着剤３に含有される導電性フィラーの銀粒子６の界面における樹脂成分４の硬化速度は、マウント用の電極部８の金８ｂの界面における樹脂成分４の硬化速度よりも速い。そうすると、導電性接着剤３を加熱する際、銀粒子６の界面における樹脂成分４がいち早く硬化・収縮して、マウント用の電極部８の界面に硬化しない樹脂成分４が回り込む恐れがある。特に、導電性接着剤３に硬化速度を調整するために硬化抑制剤（図示せず）を含有させた場合は、この硬化抑制剤がマウント用の電極部８の界面に回り込む恐れが高くなる。このため、マウント用の電極部８側においては、銀粒子６との間に、硬化抑制剤を含む樹脂層９が形成され、この樹脂成分４や硬化抑制剤は絶縁性であるため、導通性が悪化してしまう。

なお、図３に示す圧電デバイス１の場合、圧電振動片５の接続用の電極部７は、表層部がクロムであるため、圧電振動片５側においては、このような導通性の悪化は生じ難いが、電極を三層構造にしているため、圧電デバイス１の製造工程を増やさなければならない。また、接続用の電極部７の表層部が金からなる場合には、マウント用の電極部８側と同様の問題が生ずる。

本発明は、上述の課題を解決するためのものであり、付着させる製品の製造工程を増やさずに、導通性の向上を図ることができる導電性接着剤、およびこれを利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。

上記目的は、第１の発明によれば、導電性フィラーと、金属材料と、前記導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて、前記金属材料の界面における硬化速度が遅い樹脂成分と、を備えた導電性接着剤により達成される。
第１の発明の構成によれば、導電性接着剤は、導電性フィラーの他に金属材料を有しており、樹脂成分については、導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて、金属材料の界面における硬化速度が遅くなっている。そうすると、導電性フィラーの界面における樹脂成分の硬化速度の方が速いために、導電性フィラーの周囲の樹脂成分がいち早く収縮して、金属材料の周囲に樹脂成分がまわる。このため、このような導電性接着剤を電極部に固着させた場合、少なくとも金属材料の周囲に樹脂成分がまわった分だけ、電極部の周囲にまわる樹脂成分の量を減らすことができる。したがって、導電性フィラーと電極部との間に樹脂溜りが形成されることを防止して、導電性接着剤と電極部との導通性を向上させることができる。
また、付着させる製品の電極部の層構造を増やさなくても、このような導通性の向上を図れる。
かくして、付着させる製品の製造工程を増やさずに、導通性の向上を図ることができる導電性接着剤を提供することができる。

また、上記目的は、第２の発明によれば、圧電振動片の接続用の電極部を、導電性接着剤を用いて、パッケージのマウント用の電極部に固定した圧電デバイスであって、前記導電性接着剤は、前記導電性フィラーと、金属材料と、前記導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて前記接続用又は前記マウント用の電極部の界面における硬化速度が遅く、かつ、前記導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて前記金属材料の界面における硬化速度が遅い樹脂成分と、を備えた圧電デバイスにより達成される。

第２の発明の構成によれば、樹脂成分については、導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて、接続用又はマウント用の電極部の界面における硬化速度が遅い。そうすると、導電性フィラーの界面における樹脂成分がいち早く収縮して、電極部の表面に樹脂成分が回りこんで、導電性フィラーと電極部との間に樹脂溜りが形成されて、導通性の悪化を招く恐れがある。ところが、導電性接着剤には、導電性フィラーの界面における樹脂成分の硬化速度に比べて、界面における樹脂成分の硬化速度が遅くなるようにした金属材料が混入されている。このため、金属材料の周囲にも樹脂がまわって、その分だけ、電極部の表面にまわる樹脂成分の量を減らすことができる。したがって、導電性フィラーと電極部との間に樹脂溜りが形成さるのを防止して、導電性接着剤と電極部との導通性を向上させることができる。
また、圧電デバイスの電極部の層構造を増やさなくても、このような導通性の向上を図れる。
かくして、付着させる製品の製造工程を増やさずに、導通性の向上を図ることができる導電性接着剤を利用した圧電デバイスを提供することができる。

第３の発明は、第２の発明の構成において、前記金属材料は、前記接続用又は前記マウント用の電極部と同じ成分を含むことを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、金属材料は、接続用又はマウント用の電極部と同じ成分を含むため、その界面における樹脂成分の硬化速度が、接続用及び／又はマウント用の電極部の界面における樹脂成分の硬化速度と略同じになるようになる。したがって、金属材料に樹脂成分がまわる時期と、電極部に樹脂成分がまわる時期とが略同じになり、樹脂成分が偏りなくまわって、樹脂だまりが生ずる恐れを低減することができる。

第４の発明は、第２または第３の発明の構成において、前記導電性フィラーは銀または銀を含む合金から形成され、前記金属材料は金または金を含む合金から形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、導電性フィラーは銀または銀を含む合金から形成され、金属材料は金または金を含む合金から形成されている。そうすると、銀の界面における樹脂成分の硬化速度に比べて、金の界面における樹脂成分の硬化速度は遅いため、第２の発明と同様の作用効果を発揮する。

第５の発明は、第４の発明の構成において、前記樹脂成分はシリコーン系であることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、樹脂成分はシリコーン系である。したがって、シリコーン系の樹脂は、エポキシ系等の他の樹脂と比べて柔軟性を有するため、圧電振動片とパッケージとの間で伝達される振動を吸収し、所謂振動漏れの発生を防止することができる。

第６の発明によれば、第５の発明の構成において、前記金属材料は、前記樹脂成分に対して３重量％〜１０重量％であることを特徴とする。
この点、導電性接着剤の中の銀や金の量を多くし過ぎると、導電性接着剤が硬くなりすぎ、樹脂成分をシリコーン系にして振動漏れを防止して意義が没却されてしまうため、少なくとも８５重量％を超えないようにし、好ましくは７８重量％以下となるように抑えるとよい。一方、導電接着剤において導通を図るのは銀からなる導電性フィラーであって、これを６８重量％以上含有させないと導通性が悪化してしまう。このため、金から形成された金属材料がおよそ１０重量％を超えると、導電性接着剤の中の銀や金の量が増え過ぎて振動漏れの問題が生じるか、或いは、銀の量が減って導通性の悪化を起こすか、いずれかの問題が生じる恐れがある。また、金から形成された金属材料は樹脂成分に対して３重量％以上にすることで、はじめて第２の発明の作用効果を有効に発揮することができる。
したがって、金から形成された金属材料を、樹脂成分に対して３重量％〜１０重量％にすることで、振動漏れを有効に防止し、かつ、導通性の悪化を防ぐことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の実施形態を示す圧電デバイス１０であって、図１は圧電デバイス１０の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。なお、図２の一点鎖線で囲った図は、図２の導電性接着剤付近を拡大した部分拡大図である。
これらの図において、圧電デバイス１０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス１０は、パッケージ３０内に圧電振動片２０を収容している。

パッケージ３０は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される複数の基板を積層した後に、焼結して形成されている。すなわち、図２に示されるように、この実施形態では、パッケージ３０は、下から第１の基板３０ａ、第２の基板３０ｂを積層して形成されている。
第２の基板３０ｂは、その内側に所定の孔を形成することで、第１の基板３０ａに積層した場合に、パッケージ３０の内側に圧電振動片２０を収容する内部空間Ｓ１を形成するようにされている。この内部空間Ｓ１は、第２の基板３０ｂの上端面、すなわちパッケージ３０の開口部側の端面にロウ材４３を用いて蓋体３９が接合されることにより封止されている。

第１の基板３０ａの内部空間Ｓ１に露出した図において左端部付近には、例えば、下地としてのタングステンメタライズ４０ａ上にニッケル（Ｎｉ）４０ｂおよび金（Ａｕ）４０ｃをメッキして形成されたマウント用の電極部４０，４０が設けられている。このマウント用の電極部４０，４０は、実装端子３２，３２と電気的に接続されて、互いに異極となって駆動電圧を供給するものであり、図１に示すように、短絡しないように所定の間隔を隔てて形成されている。

マウント用の電極部４０，４０の上には、ディスペンサー等で導電性接着剤４２，４２が塗布されている。導電性接着剤４２，４２は、図２の一点鎖線で囲った図に示されるように、導通機能を発揮する導電性フィラー４２ｂと、接合力を発揮する樹脂等の成分（以下、「樹脂成分」という）４２ａとを有している。
樹脂成分４２ａには、エポキシ系やシリコーン系などの樹脂を利用できるが、本実施形態では、圧電振動片２０とパッケージ３０との間で振動が伝達されないようにするため、柔軟性のあるシリコーン系の樹脂が用いられている。なお、樹脂成分４２ａには、シリコーン系の樹脂の他に粘度調整及び作業性向上のための溶剤が含まれており、ここでは、これら樹脂および溶剤などを含めて樹脂成分と呼んでいる。
導電性フィラー４２ｂには、銀粒子や表面が銀メッキされた銅粉などをフレーク状、球状、針状にした粉末を利用できるが、本実施形態では、一般的な銀粒子を用いている。

そして、この導電性接着剤４２，４２の上に圧電振動片２０の後述するマウント用の電極部２６を載置し、導電性接着剤４２，４２を１８０℃の温度で１時間加熱して硬化させることにより、圧電振動片２０がマウント用の電極部４０，４０に固着されるようになっている。

圧電振動片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，ニオブ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、圧電振動片２０は、小型に形成して必要な性能を得るために、パッケージ３０側と固定される基部２１と、この基部２１から図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２２，２３とを備えた、所謂、音叉型圧電振動片が利用されている。尚、圧電振動片２０は、このような音叉型のものに限られるものではなく、例えば圧電材料を矩形にカットした、所謂ＡＴカット振動片等の種々の圧電振動片を利用することができる。

各振動腕２２，２３は、それぞれ長さ方向に延びる長溝２５，２５を有している。各長溝２５，２５は、図２に示すように、各振動腕２２，２３の表裏面（図２において上下面）に設けられて、幅方向の断面が略Ｈ型となっている。そして、この長溝２５内に設けられた励振電極（図示せず）と、各振動腕２２，２３の側面に設けられた励振電極（図示せず）とが異極となるように引き回されて、振動腕２２，２３内の電界を効率よく発生させ、圧電振動片２０のＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）を低く抑えている。

一対の振動腕２２，２３を支持する基部５１の導電性接着剤４２，４２と触れる部分には、互いに異極となる接続用の電極部２６，２６が形成されている。
接続用の電極部２６，２６は、振動腕２２，２３の各々に駆動電圧を伝えるための電極であり、本実施形態の場合、図１および図２に示すように、基部２１の表裏面であって、短絡しないように幅方向の両端部に形成されている。
また、接続用の電極部２６，２６は、振動腕２２，２３のそれぞれに互いに異極となるように設けられた励振電極（図示せず）と一体に形成されている。

これら接続用の電極部２６，２６および励振電極（図示せず）は、例えば、下地層をクロム（Ｃｒ）２６ａとし、その上に、表層部として金（Ａｕ）２６ｂをスパッタリングするなどして成膜されている。
そして、接続用の電極部２６，２６が上述した導電性接着剤４２，４２の上に載置され、接続用の電極部２６，２６とマウント用の電極部４０，４０とが接合することで、圧電振動片２０は、パッケージ３０に対して電気的機械的に接続される。

ここで、導電性接着剤４２における導電性フィラー４２ｂは、少なくともその表面が銀（Ａｇ）から形成されており、接続用の電極部２６やマウント用の電極部４０は、表層部が金（Ａｕ）からなっている。そうすると、導電性接着剤４２を加熱する際、導電性フィラー４２ｂの界面における樹脂等の被着成分の硬化速度は、接続用及びマウント用の電極部２６，４０の界面における樹脂等の被着成分の硬化速度より速くなる。このため、導電性フィラー４２ｂの界面における樹脂等の被着成分がいち早く収縮して、電極部２６，４０の界面に樹脂等がまわろうとする。
ところが、導電性接着剤４２には、導電性フィラー４２ｂの界面における樹脂成分（被着成分）４２ａの硬化速度に比べて、界面における樹脂成分（被着成分）４２ａの硬化速度が遅くなるようにした金属材料４６が混入されている。換言すれば、樹脂成分４２ａについて、導電性フィラー４２ｂの界面における硬化速度に比べて、金属材料４６の界面における硬化速度が遅くなっている。
このため、導電性接着剤４２を加熱すると、金属材料４６の界面にも樹脂成分４２ａがまわろうとし、電極部２６，４０の界面にまわろうとする樹脂成分４２ａの量を減少させることができる。

本実施形態の場合、金属材料４６は、その界面における樹脂成分４２ａの硬化速度が、接続用の電極部２６やマウント用の電極部４０の界面における樹脂成分４２ａの硬化速度と同様になる成分を含んでいる。具体的には、金属材料４６は、電極部２６，４０の表層部と同じ材料である金（Ａｕ）からなっており、金を細粒状あるいはフレーク状にして、複数の導電性フィラー４２ｂの間に混入させている。
このため、金属材料４６に樹脂成分４２ａがまわろうとする時期と、電極部２６，４０に樹脂成分４２ａがまわろうとする時期とを略同じにして、樹脂成分４２ａを偏りなく散らばすことができる。

なお、金属材料４６である金（Ａｕ）は、電極部２６，２７，４０の界面にまわろうとする樹脂成分の量を減少させるための材料であるが、導電性フィラー４２ｂに当接して、接続用の電極部２６，２７とマウント用の電極部４０，４０とを導通する一助になっても構わない。
但し、導電性フィラー４２ｂを金にすると、金は凝集して固まりやすいため、ノズルにつまってしまい、マウント用の電極部４０に微小塗布することが困難となる。したがって、導通を図る手段はあくまでも銀粒子とし、金は添加する程度が好ましい。

具体的には、金属材料４６である金の細粒子を、シリコーン系の樹脂成分４２ａに対して３重量％〜１０重量％として、振動漏れを有効に防止し、かつ、導通性の悪化を防止している。
すなわち、導電性フィラー４２ｂである銀粒子、及び金属材料４６である金粒子は、樹脂成分４２ａに対して相対的に量を多くし過ぎると、導電性接着剤４２が硬くなりすぎ、樹脂成分４２ａをシリコーン系にして振動漏れを防止した意義が没却されてしまう。このため、導電性フィラー４２ｂ及び金属材料４６は、少なくとも８５重量％を超えないようにする必要があり、本実施形態の場合、樹脂成分４２ａに対して７８重量％以下として、振動漏れの抑制を効果的に図っている。一方、導電性フィラー４２ｂである銀粒子を、樹脂成分４２ａに対して６８重量％以上含有させないと導通性が悪化してしまう。
このため、導通性の悪化を防止しつつ、金属材料４６がおよそ１０重量％を超えると、導電性フィラー４２ｂ及び金属材料４６の量が７８重量％を超えて振動漏れの問題が生じる恐れが発生する。あるいは、振動漏れの問題を防止しつつ、金属材料４６がおよそ１０重量％を超えると、導電性フィラー４２ｂの量が減って導通性の悪化を起こす恐れがある。
したがって、金属材料４６である金粒子は、シリコーン系の樹脂成分４２ａに対して１０重量％とすることが好ましい。
また、金属材料４６である金粒子を、樹脂成分４２ａに対して３重量％以上にすることで、はじめて電極部２６，４０の界面にまわろうとする樹脂の量を、効果的に減少させることができる。

本発明の実施形態は以上のように構成されており、導電性接着剤４２には、導電性フィラー４２ｂの界面における樹脂成分４２ａの硬化速度に比べて、界面における樹脂成分４２ａの硬化速度が遅くなるようにした金属材料４６が混入されている。このため、導電性接着剤４２を加熱する際、金属材料４６の周囲にも樹脂がまわって、その分だけ、電極部２６，４０の表面にまわる樹脂の量を減らすことができる。したがって、導電性フィラー４２ｂと電極部２６，４０との間に樹脂溜りが形成さるのを防止して、導電性接着剤４０と電極部２６，４０との導通性を向上させることができる。
また、圧電デバイス１０の電極部２６，４０の層構造を増やさなくても、このような導通性の向上を図れる。

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相互に組み合わせたり、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。

本発明の実施形態を示す圧電デバイスの概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 従来の圧電デバイスの例示である圧電振動子の概略縦断面図。

符号の説明

１０・・・圧電デバイス、２０・・・圧電振動片、２６・・・接続用の電極部、３０・・・パッケージ、４０・・・マウント用の電極部、４２・・・導電性接着剤、４２ａ・・・樹脂成分、４２ｂ・・・導電性フィラー、４６・・・金属材料

Claims (6)

1. 導電性フィラーと、
   金属材料と、
   前記導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて、前記金属材料の界面における硬化速度が遅い樹脂成分と、
   を備えたことを特徴とする導電性接着剤。
2. 圧電振動片の接続用の電極部を、導電性接着剤を用いて、パッケージのマウント用の電極部に固定した圧電デバイスであって、
   前記導電性接着剤は、
   前記導電性フィラーと、
   金属材料と、
   前記導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて前記接続用又は前記マウント用の電極部の界面における硬化速度が遅く、かつ、前記導電性フィラーの界面における硬化速度に比べて前記金属材料の界面における硬化速度が遅い樹脂成分と、
   を備えたことを特徴とする圧電デバイス。
3. 前記金属材料は、前記接続用又は前記マウント用の電極部と同じ成分を含むことを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイス。
4. 前記導電性フィラーは銀または銀を含む合金から形成され、前記金属材料は金または金を含む合金から形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の圧電デバイス。
5. 前記樹脂成分はシリコーン系であることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 前記金属材料は、前記樹脂成分に対して３重量％〜１０重量％であることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス。

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