JP2008131167A - 圧電デバイスのパッケージ構造及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】導電性接着剤で圧電振動片を片持ちに固定支持する圧電デバイスのパッケージ構造において、小型化に対しても十分な接着強度を維持し、導電性接着剤の広がりを抑制して振動特性の劣化を防止する。
【解決手段】圧電振動子１は、圧電振動片６を気密に封止するパッケージ２のベース３が実装面３ａに穴１２及びその底面に形成した接続電極１３を有し、該穴に充填した導電性接着剤１５で圧電振動片基端部６ａの引出電極１１を接続電極と電気的に接続しかつ該基端部を機械的に固定して、圧電振動片を片持ちに支持する。ベースの穴内には実装面から突出する高さの支持スペーサ１４が配置され、圧電振動片を一定の高さに常に維持し、かつ導電性接着剤の広がりによる振動特性の劣化及び引出電極間の短絡を防止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に使用される圧電振動子、圧電発振器やＳＡＷデバイス等の圧電デバイスに関し、特に導電性接着剤を用いて圧電振動片を固定支持する表面実装用のパッケージ構造に関する。

一般に表面実装型の圧電デバイスは、水晶等の圧電振動片をベース上にマウントしかつ蓋を被せて気密に封止するパッケージを備える。圧電振動片は、その引出電極を設けた一方の端部即ち基端部において、導電性接着剤を用いてベース上の接続電極に片持ちに固着することにより、該接続電極と電気的に接続すると同時に機械的に固定支持する構造が広く採用されている。

かかる圧電デバイスのパッケージ構造では、導電性接着剤が圧電振動片の励振電極側に流れ出たり、圧電振動片の他方の端部即ち先端部がベースや蓋に接触すると、その振動を阻害して特性を劣化させる虞がある。この問題を解消するために、ベースの接続電極上に支持部又は突起を形成し、該支持部を支点として圧電振動片をその先端部を持ち上げるように固定した圧電振動子が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。更に、ベースの接続電極上に凸堤を設けることにより、導電性接着剤が水晶片の板面中央方向へ流れ出て振動特性を損なうことを防止した水晶振動子が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。

圧電デバイスの小型化が進むと、上述したようにベース上の接続電極に圧電振動片をその基端部で導電性接着剤により固定するパッケージ構造では、接続電極及び導電性接着剤の塗布面積が小さくなり、固着強度が低下する。そこで、ベースに穴又はキャビティを形成して導電性接着剤を充填し、該凹所からベース表面上に突出する導電性接着剤に水晶片の基端部を固着した水晶振動子が知られている（例えば、特許文献４，５を参照）。この水晶振動子では、水晶片の他端部を浮かせるために、メタライズ部等からなる枕がベース上に設けられている。また、ベースの底面に設けた溝に充填した導電性接着剤で水晶片の一端部を固着する水晶振動子において、導電性接着剤が硬化する際に痩せて溝内に水晶片の一端部を引き込むことにより、その他端部を確実に浮かせてベース底面との接触を排除した構成が知られている（例えば、特許文献６を参照）。

更に、絶縁基板の上部電極と圧電振動素子のリード端子とを導電性接着剤で接続固定する圧電振動子において、メタライズ膜からなる上部電極の上に突起を形成し又は上部電極自体を導電材料の突起で形成し、該突起により圧電振動素子を保持して、導電性接着剤の流出を阻止し、かつパッケージの小型化及び省スペース化に対して十分な接着強度を確保する方法が提案されている（例えば、特許文献７を参照）。また、水晶片の小型化に対して、容器の引出電極と水晶片の電極とを接着する導電性接着剤の広がりによる水晶片の支持損失が増加することを抑制するために、水晶片の電極又は容器の引出電極に導電性接着剤を塗布しかつ硬化させて突起物を形成し、導電性接着剤と水晶片との接触面積を減少させることにより、性能劣化を防止した水晶振動子が知られている（例えば、特許文献８を参照）。

特開平１０−２２７７６号公報 特開２００３−２８３２９３号公報 特開２０００−３１７７３号公報 特開平１１−２７４８９０号公報 特開２００５−２２３７５５号公報 特開２００５−１８４３２５号公報 特開２００５−３１８４３５号公報 特開２００４−３６３９３６号公報

しかしながら、上記特許文献４，５に記載されるような従来の圧電デバイスでは、パッケージのベースに設けた穴から突出する導電性接着剤に圧電振動片を接着するために上から押圧すると、導電性接着剤がベースの穴から押し出されて圧電振動片の励振電極付近まで広がり、そのＣＩ値を劣化させたり、引出電極間を短絡する虞がある。そのため、特に圧電デバイスの小型化が進むほど、良好な振動特性や動作を確保することが困難になるという問題がある。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベースに設けた穴に充填した導電性接着剤により圧電振動片をその基端部で片持ちに固定支持する圧電デバイスにおいて、圧電デバイスが小型化しても、十分な接着強度を維持しつつ、導電性接着剤の広がりを抑制してＣＩ値等の振動特性の劣化を防止し、良好な動作を確保し得るパッケージ構造を提供することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、圧電振動片をその基端部において片持ちに実装するための実装面を有するベースと、該ベースに接合されて圧電振動片を気密に封止するための内部空間を画定する蓋とを備え、ベースが、その実装面に圧電振動片を実装したときに前記基端部に対応する位置に設けられた穴を有し、該穴の底部には、実装面から突出する高さの支持スペーサが配置され、圧電振動片の基端部を支持スペーサの上に載せて、穴に充填した導電性接着剤で固定することにより、圧電振動片を基端部において片持ちに支持するようにした圧電デバイスのパッケージ構造が提供される。

この支持スペーサによって、圧電振動片を実装するために上から穴内の導電性接着剤に押し付けたとき、その押圧力を大きくしても、常に圧電振動片の高さを一定に、ベースの実装面と接触しないように維持することができる。従って、導電性接着剤が穴から押し出されて圧電振動片の表面に広がり、励振電極付近まで付着してその振動を阻害し、ＣＩ値等の振動特性を劣化させたり、引出電極間を短絡して動作を確保できなくする虞が解消される。更に、圧電デバイス及びそのパッケージが小型化しても、十分な接着強度を確保することができる。また、圧電振動片をベースに配置する際に、支持スペーサを目印として容易に位置決めすることができ、特に圧電振動片が水晶からなる場合には上から視認できるので、有利である。

或る実施例では、支持スペーサが実装面の穴の底部に一体に形成され、圧電振動片を安定して一定の高さに保持することができる。このとき、支持スペーサの上端面を平坦にすると、圧電振動片を容易に水平に支持することができる。

別の実施例では、支持スペーサがベースとは別個の独立した部材で形成される。それにより、ベースの製造工程において支持スペーサを一体に形成する工程を省略することができ、圧電デバイス全体の製造をより簡単にかつ安価にすることができる。このとき、支持スペーサを球体に形成すると、その製造及び取り扱いが比較的容易である。

また、多くの場合には、圧電振動片がその基端部に設けられた引出電極を有し、ベースがその穴の底部に設けられた接続電極を有し、導電性接着剤が、圧電振動片を基端部で機械的に固定すると同時に、引出電極と接続電極とを電気的に接続する。この場合、支持スペーサが導電性金属材料で形成され、又は導電性金属材料で被覆されていると、引出電極と接続電極間に良好な電気的導通を確保することができる。

別の実施例では、圧電振動片がその基端部に設けられた引出電極を有し、支持スペーサが導電性金属材料で形成された接続電極を構成する場合があり、導電性接着剤が、圧電振動片を基端部で機械的に固定すると同時に、これら引出電極と接続電極である支持スペーサとを電気的に接続する。

更に、或る実施例では、ベースが、その実装面に圧電振動片を実装したときにその先端部に対応する位置に設けられた枕部を更に有し、圧電振動片先端部がベースの実装面と接触することを防止して、耐衝撃性を向上させることができる。この枕部を、支持スペーサがベースの実装面から突出する高さと等しくすると、圧電振動片先端部を水平に支持することが容易になる。

また、或る実施例では、ベースが矩形箱状に構成され、かつ蓋が平板で構成される。このベースを、例えばセラミック材料の矩形薄板を積層することにより形成すると、ベースの実装面に穴を設けたり、その底部に支持スペーサを一体に形成したり、接続電極を形成することが比較的容易にできる。別の実施例では、逆にベースが平板からなり、蓋を箱状に形成することができる。この場合にも、ベースをセラミック材料の矩形薄板を積層して構成すると、ベース実装面の穴、支持スペーサ、接続電極の形成が容易になる。

更に本発明の別の側面によれば、上述したパッケージ構造のベースの実装面に圧電振動片をその基端部において片持ちに実装し、かつ該ベースに蓋を接合して内部に圧電振動片を気密に封止した圧電デバイスが提供される。これにより、圧電振動片を導電性接着剤で十分な接着強度をもって固定し、良好な動作を確保することができ、かつ小型化に対応し得る圧電デバイスが得られる。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明をその好適な実施例を用いて詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した圧電振動子の第１実施例を概略的に示している。本実施例の圧電振動子１は、そのパッケージ２が、絶縁材料からなる矩形箱状のベース３と平板状の蓋４とで構成され、例えば金属製の蓋４をベース３の上端にシールリング５を介してシーム溶接により接合して、その内部空間に圧電振動片６を気密に封止する。別の実施例では、金属製の蓋４をはんだ等の金属ろう材でベース３上端に接合し、又はガラス製の蓋を低融点ガラス等で接合することができる。

ベース３は、それぞれ矩形のセラミックス材料薄板からなる下層板７、中層板８及び上層板９を積層して箱状に構成されている。下層板７はベース３の底部を形成し、中層板８は圧電振動片６の実装面３ａを形成し、フレーム状の上層板９によりベース３の前記内部空間が画定される。圧電振動片６は、厚みすべりモードを主振動とする振動片であって、例えばＡＴカット水晶板からなる長方形の圧電薄板の両面に形成された励振電極１０を有する。圧電振動片６の一方の端部即ち基端部６ａには、左右に前記各励振電極からの引出電極１１，１１が形成されている。

図２に良く示すように、ベース３の実装面３ａには、圧電振動片６の各引出電極１１に対応する位置にそれぞれ穴１２，１２が、中層板８に貫通孔を形成することによって設けられている。穴１２，１２の底面には、それぞれ圧電振動片６の引出電極１１，１１と電気的に接続するための接続電極１３，１３が形成されている。穴１２，１２の中央には、それぞれ先端を丸くした円柱状の突起からなりかつ実装面３ａから所望の高さまで突出する支持スペーサ１４，１４が、前記接続電極上面に一体に形成されている。

圧電振動片６は、基端部６ａの引出電極１１、１１を支持スペーサ１４，１４の上に載せて、ベース３の前記内部空間に配置される。前記各穴には、実装面３ａから突出する量の導電性接着剤１５が充填され、圧電振動片６の前記各引出電極を対応する前記接続電極と電気的に接続すると同時に、圧電振動片６の基端部６ａを機械的に固定している。これにより、圧電振動片６は、基端部６ａにおいて片持ちに支持される。

圧電振動片６を実装するために上から導電性接着剤１５に押し付ける際に、その押圧力を大きくしても、圧電振動片６は、支持スペーサ１４，１４によって常に一定の高さに、ベースの実装面３ａと接触しないように維持することができる。従って、導電性接着剤１５が前記各穴から押し出されて圧電振動片６の表面に広がり、励振電極付近まで付着して振動を阻害し、ＣＩ値等の振動特性を劣化させたり、引出電極１１、１１間を短絡して動作を確保できなくする虞が解消される。

更に、このように圧電振動片６を支持することによって、圧電振動子１及びパッケージ２が小型化して接続電極１３の面積が減少しても、十分な接着強度を確保することができる。また、圧電振動片６をベース３内に配置する際に、支持スペーサ１４，１４を目印として容易に位置決めすることができ、特に圧電振動片６が水晶からなる場合にはその上から視認できるので、有利である。

支持スペーサ１４は、導電性金属材料で形成すると、前記引出電極と接続電極間に良好な電気的導通性を確保することができるので、好都合である。このような支持スペーサ１４は、従来公知のメタライズ技術を用いて形成することができ、例えばタングステンやモリブデンのペーストを多層にスクリーン印刷し、その上にＮｉ又はＡｕをめっきして形成することができる。また、支持スペーサ１４はＡｕバンプで形成することができ、それにより非常に良好な電気的導通を得ることができる。更に、支持スペーサ１４は、絶縁材料で形成することができ、更にその表面を導電性金属材料で被覆することによって前記引出電極と接続電極間の良好な電気的導通を確保することができる。このような絶縁材料として、例えばアルミナやガラスペーストを焼成して用いることができる。また、支持スペーサ１４は、前記セラミックス材料薄板を積層してベース３を形成する前に、予め下層板７の表面に形成される。

更にベース３の実装面３ａには、圧電振動片６の先端部６ｂ付近に枕部１６が、例えば金属材料の蒸着やめっき等のメタライズによって突設されている。枕部１６によって、圧電振動片６と実装面３ａとの間に隙間を確保しつつ、先端部６ｂが実装面３ａと接触することを防止して耐衝撃性を向上させている。特に枕部１６の高さを支持スペーサ１４の上端と等しくすることによって、圧電振動片６をパッケージ２内に水平に保持することができる。また、圧電振動片先端部６ｂと枕部１６との間に隙間をもたせたい場合には、枕部１６の高さを支持スペーサ１４の上端より低く設定すればよい。

更にベース３の底面には、各接続電極１３、１３から配線パターンを介して引き出された外部電極１７が形成されている。これらの電極及び配線パターンは、一般にタングステンやモリブデン等の金属配線材料をセラミック薄板表面にスクリーン印刷しかつその上にＮｉ、Ａｕをめっきすることにより形成することができる。

第１実施例の支持スペーサ１４は、図２に示す形態以外の様々な形態に形成することができる。図３乃至図５は、図２と異なる形態を有する支持スペーサの変形例を示している。図３（Ａ）（Ｂ）の支持スペーサ１８は、全体として円柱体からなる点で第１実施例と一致するが、その上端面が平坦で、円錐状の凹み１８ａが同心位置に形成されている点で異なる。この平坦な上端面により、圧電振動片６を支持スペーサ１８上に水平に実装することが容易になる。また、この凹み１８ａに導電性接着剤が溜まることによって、支持スペーサ１８上端面と圧電振動片６表面との間に余分な導電性接着剤が残って圧電振動片６を水平に実装することを困難にしたり、接着面積の減少による接着強度の低下を抑えることができる。また、凹み１８ａは、円錐状以外の様々な形状にすることができる。

図４（Ａ）（Ｂ）の支持スペーサ１９は、全体として四角柱体からなり、その上端面には、対向する１対の辺に沿って突条１９ａを残すように凹み１９ｂが形成されている。これにより、圧電振動片６が支持スペーサ１９上に容易に水平に実装することができ、支持スペーサ１９上端面と圧電振動片６表面との間に残る余分な導電性接着剤を少なくし、かつ接着面積の減少による接着強度の低下を抑えることができる。

図５（Ａ）（Ｂ）の支持スペーサ２０は、図４の支持スペーサ１９の変形例であって、その上端面により多くの突条を残すように複数の条溝２０ａが形成されている点で異なる。これにより、支持スペーサ１９上端面と圧電振動片６表面との間に残る余分な導電性接着剤をより少なくして、圧電振動片６がより容易に水平に保持することができる。また、別の実施例では、同様の条溝を図３のように円柱体からなる支持スペーサの上端面に形成することもできる。

図６（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した圧電振動子の第２実施例の要部を概略的に示している。第２実施例は、接続電極１３上に一体に固定した支持スペーサに代えて、ベース３とは別個の球体からなる支持スペーサ２１を１個ずつ穴１２内に配置した点において、第１実施例と異なる。球体の支持スペーサ２１は、その上端がベース３の実装面３ａにより所定の高さまで突出するように、穴１２の深さよりも大きい直径を有する。支持スペーサ２１も、第１実施例の支持スペーサと同様に、導電性金属材料で形成することができ、又は絶縁材料で形成したり、更にその表面を導電性金属材料で被覆することもできる。

この場合にも、圧電振動片６は、基端部６ａの引出電極１１を支持スペーサ２１の上に載せて、ベース３の前記内部空間に配置される。前記各穴には、実装面３ａから突出する量の導電性接着剤１５が充填され、圧電振動片６の前記各引出電極を対応する前記接続電極と電気的に接続し、かつ圧電振動片６を基端部６ａで機械的に固定して片持ちに支持している。本実施例においても、第１実施例と同様にベース実装面３ａに枕部１６を設けることにより、圧電振動片６を水平に実装することは容易である。

圧電振動片６を実装する際に上から押し付ける力が大きくなっても、圧電振動片６の高さは支持スペーサ２１によって実装面３ａと接触しない一定の高さに常に維持される。従って、導電性接着剤１５が前記各穴から押し出されて圧電振動片６の表面に広がり、励振電極付近まで付着して振動を阻害し、ＣＩ値等の振動特性を劣化させたり、引出電極１１、１１間を短絡して動作を確保できなくする虞が解消される。また、導電性接着剤１５の接着面積を比較的大きくとれるので、少ない使用量で十分な接着強度を得ることができる。

更に、支持スペーサ２１は、ベース３とは別個に独立して形成され、圧電振動子１の製造工程において圧電振動片６をベース３内に配置する前に、かつベース３の穴１２内に導電性接着剤１５を充填する前又は後に、穴１２内に入れればよい。従って、第１実施例のように予め下層板７に支持スペーサ１４を形成する工程を省略することができ、ベース３をより簡単にかつ安価に製造することができる。

第２実施例の支持スペーサ２１は、図６に示す球体以外の様々な形態に形成することができる。図７（Ａ）（Ｂ）は、第２実施例の支持スペーサ２１の変形例を示している。この変形例の支持スペーサ２２は、ベース３とは別個に独立して形成される点で第１実施例と一致するが、円柱体からなる点で異なる。支持スペーサ２２は、その周面で転がるように穴１２内に配置され、かつその上端がベース３の実装面３ａにより所定の高さまで突出するように、穴１２の深さよりも大きい直径を有する。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、上記第１実施例では、ベース３の穴１２の底面に接続電極１３を形成したが、支持スペーサ１４自体を接続電極とし、ベース３に設けたビアホールや配線パターンを介して外部電極１７と接続することもできる。また、第１及び第２実施例の各支持スペーサは、上述した形態以外の様々な形態に形成することができる。更に、上記実施例とは逆に、ベースを平板状に構成しかつ蓋を箱形に形成することができる。また本発明は、音叉型圧電振動片や弾性表面波振動片を有する圧電デバイスについても、同様に適用することができる。

（Ａ）図は本発明を適用した圧電振動子の第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における断面図。 （Ａ）図は第１実施例の要部を示す部分拡大平面図、（Ｂ）図はその断面図。 （Ａ）図は図２の支持スペーサの変形例を示す拡大側面図、（Ｂ）図はその平面図。 （Ａ）図は図２の支持スペーサの別の変形例を示す拡大側面図、（Ｂ）図はその平面図。 （Ａ）図は図２の支持スペーサの更に別の変形例を示す拡大側面図、（Ｂ）図はその平面図。 （Ａ）図は本発明の第２実施例を示す図２と同様の部分拡大平面図、（Ｂ）図はその断面図。 （Ａ）図は図６の支持スペーサの変形例を示す拡大側面図、（Ｂ）図はその平面図。

符号の説明

１…圧電振動子、２…パッケージ、３…ベース、３ａ…実装面、４…蓋、５…シールリング、６…圧電振動片、６ａ…基端部、６ｂ…先端部、７…下層板、８…中層板、９…上層板、１０…励振電極、１１…引出電極、１２…穴、１３…接続電極、１４，１８〜２１…支持スペーサ、１５…導電性接着剤、１６…枕部、１７…外部電極、１８ａ，１９ｂ…凹み、１９ａ，２０ａ…突条。

Claims (8)

1. 圧電振動片をその基端部において片持ちに実装するための実装面を有するベースと、前記ベースに接合されて前記圧電振動片を気密に封止するための内部空間を画定する蓋とを備え、
   前記ベースが、前記実装面に前記圧電振動片を実装したときに前記基端部に対応する位置に設けられた穴を有し、
   前記穴の底部には、前記実装面から突出する高さの支持スペーサが配置され、
   前記圧電振動片の前記基端部を前記支持スペーサの上に載せて、前記穴に充填した導電性接着剤で固定することにより、前記圧電振動片を前記基端部において片持ちに支持するようにしたことを特徴とする圧電デバイスのパッケージ構造。
2. 前記支持スペーサが前記穴の底部に一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスのパッケージ構造。
3. 前記支持スペーサの上端面が平坦であることを特徴とする請求項２に記載の圧電デバイスのパッケージ構造。
4. 前記支持スペーサが前記ベースとは別個の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスのパッケージ構造。
5. 前記支持スペーサが球体からなることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイスのパッケージ構造。
6. 前記支持スペーサが導電性金属材料で形成され、又は導電性金属材料で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電デバイスのパッケージ構造。
7. 前記ベースが、前記実装面に前記圧電振動片を実装したときにその先端部に対応する位置に設けられた枕部を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイスのパッケージ構造。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の前記ベースの実装面に圧電振動片をその基端部において片持ちに実装し、かつ前記ベースに蓋を接合して内部に前記圧電振動片を気密に封止したことを特徴とする圧電デバイス。