JP2008141412A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】個々に切断分割した容器体を、ＳＵＳ等金属素材により形成された整列治具に形成された窪み部内に各々填め込み配置した際に、容器体側壁部外面に露出したメッキ用導体パターンが整列治具に接触してしまい、メッキ用導体パターンと接続されている外部接続用電極端子が他の外部接続用電極端子と短絡してしまうという課題があった。
【解決手段】容器体の外部接続用電極端子に電解メッキを施すために、各々の前記外部接続用電極端子から前記容器体の側壁部外表面に露出しているメッキ用配線パターンの露出部表面が絶縁膜により被膜されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【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１つである、圧電振動子、圧電発振器又は圧電フィルタ等の圧電デバイスに関するものである。

従来、携帯用通信機器等の電子機器には、その電子機器内に搭載される各種電子部品の１つとして圧電デバイスが使用されている。圧電デバイスとしては、圧電振動子や、圧電振動子と発振回路を組み合わせて一体化した圧電発振器或いは圧電フィルタ等があり、電子機器或いは電子機器に搭載される電子部品の基準信号やクロック信号等の発生源、又は種々の周波数成分の中から所望する新合成分のみを取り出し、その他の不要な成分を減衰させるフィルタとして用いられる。

かかる従来の圧電デバイスの一例としては、部品内部に搭載する圧電振動素子の主素材となる圧電材として水晶を使用した圧電振動子（水晶振動子）がある。即ち、容器体に形成された凹部空間内底面には、一対の素子搭載パッドに設けられている。この素子搭載パッド上には、導電性接着材を介して電気的に接続される一対の励振用電極を表裏主面に有した水晶材による圧電振動素子が搭載されており、この圧電振動素子を内包した凹部空間を囲繞する容器体の側壁部の開口側頂面には全周にわたってシールリングが取着されている。このシールリング上に平板状の金属性蓋体を被せ、シーム溶接等でシールリングと蓋体縁部とを溶接接合は、圧電振動素子の搭載空間（凹部空間）を気密封止した圧電振動子である。（例えば、下記特許文献１を参照。）

このような圧電振動子において、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用電極間に外部からの交番電圧が印加されると、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。

尚、上述した圧電振動子以外の他の圧電デバイスとしては、上述したような容器体内の凹部空間内に、圧電振動素子と、この圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子とを一緒に搭載した形態の圧電発振器や、内部に搭載する圧電振動素子をフィルタとして機能させた圧電フィルタ等がある。

前述のような圧電振動子等を含む圧電デバイスについては、以下のような先行技術が開示されている。
特開２００２−１１１４３５号公報（第５−６頁、図２） 特開平９−３３１２２８号公報 特開２００１−１８５９８６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。

従来の圧電デバイスは、容器体の外部接続用電極端子の表面に、外部の配線基板との半田による固着を良好に行うために電解メッキを施している。通常、個々の容器体は、複数個の容器体が配列集合し一体となっているシート基板で一括メッキ処理を行い、その後、そのシート基板を個々の容器体に切断分割することにより製造されるため、シート基板状態で電解メッキ処理が可能なように、複数個の容器体内を含む集合基板内に形成されたメッキ用配線パターンが、切断分割した際に、個々の容器体の側壁部外面に露出した状態となる。

しかし、個々に切断分割した容器体を、ＳＵＳ等金属素材により形成された整列治具に形成された窪み部内に各々填め込み配置した際に、容器体側壁部外面に露出したメッキ用導体パターンが整列治具に接触してしまい、メッキ用導体パターンと接続されている外部接続用電極端子が他の外部接続用電極端子と短絡してしまうという課題があった。外部接続用電極端子同士が短絡することによって、整列治具に配置した状態で個々の圧電デバイスの発振周波数等の特性が測定できなくなるため、一旦整列治具から特性測定のために圧電デバイスを取り出し、測定後に整列治具に再度戻す工程が必要となり、圧電デバイスの生産性が低下してしまうといった課題があった。

又、この金属製の整列治具には、個々の容器体を整列治具内に形成された窪み部内で各々保持するために、窪み部内の各側面から突出し、その先端部が填め込まれた容器体の側壁部外面に接触する形態の金属製の押圧ピンが、個々の窪み部に設けられているが、この押圧ピンが容器体側壁部外面に露出したメッキ用導体パターンに接触する可能性があり、この押圧ピンを介してメッキ用導体パターンと接続されている外部接続用電極端子が他の外部接続用電極端子と短絡してしまうという課題もあった。

以上のことから、本発明は、整列治具や押圧ピンにメッキ用導体パターンが接触することがなく、整列治具に配置した状態で安定して特性の測定することができ、且つ生産性を維持することができる圧電デバイスを提供することを目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するために成されたものであり、少なくとも、矩形状の容器体に形成された凹部空間内には素子搭載パッドが形成されており、この素子搭載パッドには圧電振動素子が搭載されており、容器体の実装側主面の四隅近傍には、表面に電解メッキ処理が施された外部接続用電極端子が個々に形成されており、容器体の側壁部頂部には、凹部空間の開口部を覆う形態の矩形状の蓋体が配置されており、この蓋体と側壁部頂部に設けた封止用導体パターンとを固着し、容器体の圧電振動素子を気密封止した形態の圧電デバイスにおいて、
容器体の外部接続用電極端子に電解メッキを施すために、各々の外部接続用電極端子から容器体の側壁部外表面に露出しているメッキ用配線パターンの露出部表面が絶縁膜により被膜されていることを特徴とする圧電デバイスである。

本発明の圧電デバイスによれば、容器体の外部接続用電極端子に電解メッキを施すために容器体の側面に露出しているメッキ用導体パターン表面に絶縁膜が形成されていることにより、メッキ用導体パターンが整列治具に接触することがなくなる。又、整列治具に設けられた容器体を保持するための押圧ピンが、メッキ用導体パターンに接触することがなくなるので、外部接続用電極端子が短絡してしまうことによって生じていた、整列治具に配置した状態で個々の圧電デバイスの発振周波数等の特性が測定できない等の不具合を防止でき、圧電デバイスの生産性を良好にすることが可能となる。

因って、本発明より、整列治具や押圧ピンにメッキ用導体パターンが接触することがなく、整列治具に配置した状態で安定して特性の測定することができ、且つ生産性を維持することができる圧電デバイスを提供できる効果を奏する。

以下、本発明の実施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デバイスは、圧電材料として水晶を用いた振動子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る。
尚、各図では、同じ符号は同じ製品を示し、又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。更に図示した寸法も一部誇張している。
これら各図に示す圧電振動子は、大略的に、主面形状が矩形状の容器体１０の内部に形成された凹部空間内に圧電振動素子２０が収容し、蓋体３０によって圧電振動素子収容空間を気密封止した構造である。

容器体１０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絶縁層を複数層、積層することによって形成されており、容器体１０の上主面には、中央域に矩形状に開口する凹部空間１１が、凹部空間１１の開口部を囲繞する側壁部の開口側頂面には環状の封止用導体パターン１２が形成され、実装側主面の表面には入力端子、出力端子及びグランド端子を含む複数個の外部接続用電極端子１３が設けられている。容器体１０は、その上面側に開口する凹部空間１１の内部に、圧電材の一つである水晶を素材とする平板状の圧電振動素子２０を収容するためのものであり、凹部空間１１内の底面には圧電振動素子２０の表裏両主面に形成された励振用電極２１と、各個電気的に接続される一対の素子搭載パッド１４が被着形成されている。この一対の素子搭載パッド１４は、凹部空間１１に露出した上面側で圧電振動素子２０の励振用電極２１に導電性接着材４０を介して電気的に接続され、容器体１０表面に接している下面側で容器体１０内部の配線導体やビアホール導体等を介して外部接続用電極端子１３のうちの入出力端子（入力端子・出力端子）に電気的に接続される。

また、容器体１０の側壁部の凹部空間１１開口部側頂面に形成された封止用導体パターン１２は、例えば、タングステン、モリブデン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１１開口部を環状に囲繞する形態で被着されることによって１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されており、その封止用導体パターン１２内周側は凹部空間１１の内壁面に、外部側縁部は容器体１０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１２は、後述する蓋体３０を、蓋体３０に形成した封止部材３１を介して容器体１０の上面に接合させるためのものであり、かかる前記封止用導体パターン１２を上述したように、タングステン（Ｗ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次被着させた構成となしておくことにより、前記封止用導体パターン１２に対する封止部材３１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。

また容器体１０の内部には、一方の終端を容器体１０の側壁部の開口部側頂面に、他方の終端を容器体１０の外主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１０の側壁部の開口側頂面に被着させた封止用導体パターン１２上に、封止部材３１を介して蓋体３１を接合することによって、蓋体３０が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３０を外部接続用電極端子１３のグランド端子と電気的に接続させておくことにより、圧電振動子の使用の際には、蓋体３０がグランド電位となるため、蓋体３０の電磁シールド作用によって、圧電振動素子２０を外部から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１０の実装側主面の外部接続用電極端子１３には、圧電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１０は、アルミナセラミックスから成る場合、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基板の表面に、複数個の容器体１０を構成することになる外部接続用電極端子１３、素子搭載パッド１４および封止用導体パターン１２、メッキ用導体パターン１６等となる導体ペーストを、またセラミックグリーンシート基板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。

このようにして作成したシート基板をニッケルメッキや金メッキのための電解メッキ浴中に浸漬し、シート基板の外周に形成されたメッキ用端子に電源を印加することによって、メッキ用端子と接続されているメッキ用導体パターン１６を介して、シート基板内の個々の容器体１０にあたる外部接続用電極端子１３の表面にメッキ処理が施され、その後このシート基板を所定の位置で切断分割することにより、個々の容器体１０が形成される。このように形成された容器体１０の側壁部外面にはメッキ用導体パターン１６が露出した状態となる。

この容器体１０の側壁部外面に露出したメッキ用導体パターン１６の表面には、絶縁膜１５が形成されており、露出したメッキ用導体パターン１６の表面を絶縁被膜している。この絶縁膜１５は、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂により形成されている。尚、絶縁膜１５の形成面積は、露出したメッキ用導体パターン１６の表面を完全に被膜する必要があるため、露出したメッキ用導体 パターン１６の表面積よりも広くなるように形成されている。

一方、容器体１０の凹部空間１１内に収容される圧電振動素子２０は、例えば、圧電振動素子２０を構成する圧電材料の素材に水晶を用いた場合、その水晶基板は、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、その水晶板の表裏両主面に一対の励振用電極２１を被着・形成してなり、外部からの交番電圧が励振用電極２１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。このような圧電振動素子２０は、その両主面に被着されている励振用電極２１と凹部空間１１内底面の対応する素子搭載パッド１４を、本発明における製造方法により形成した導電性接着剤４０を介して電気的且つ機械的に接続することによって容器体１０の凹部空間１１内底面に搭載される。

前記導電性接着剤４０は、シリコー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１０上に配置される蓋体３０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３０の上面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にＮｉ層の上面の少なくとも封止用導体パターン１２に相対する箇所に封止部材３１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３１は、封止用導体パターン１２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３０を水晶振動素子２０が内部に搭載された凹部空間１１を囲繞する側壁部頂部に形成した封止用導体パターン１２上に、凹部空間１１の開口部を覆う形態で配置され、封止部材３１と封止用導体パターン１２とを溶融接合することにより、凹部空間１１内を気密に封止し、圧電振動子（水晶振動子）を構成している。

上述したような形態の容器体１０により構成された圧電振動子において、容器体１０の外部接続用電極端子１３に電解メッキを施すために容器体１０の側面に露出しているメッキ用導体パターン１６表面に絶縁膜１５が形成されていることにより、メッキ用導体パターン１６が、圧電振動子製造時に使用する金属製の整列治具表面に接触することがなくなる。又、この整列治具には容器体１０部分を保持するための金属製の押圧ピンが複数本設けられているが、この押圧ピンもメッキ用導体パターン１６に接触することがなくなるので、メッキ用導体パターン１６がそれぞれ電気的に接続している外部接続用電極端子１３が、整列治具や押圧ピンを介して他の外部接続用電極端子１３と短絡してしまうことによって生じていた、整列治具に配置した状態で個々の圧電振動子の発振周波数等の特性が測定できない等の不具合を防止でき、圧電振動子の生産性を良好にすることが可能となる。

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、上述した実施形態においては、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた圧電振動子を説明したが、圧電素材としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを用いたものでも構わない。また、本発明は上記実施形態で開示した圧電振動子の他に、圧電発振器、圧電フィルタ等の他の圧電デバイスにおいて、本発明は適用可能である。

又、メッキ用導体パターンの露出表面を絶縁膜で被覆する他の実施形態として、図３のように、メッキ用導体パターン１６が露出する箇所を含む容器体側壁部外面が、容器体の厚み方向に上下主面まで貫通した窪み形態に加工され、その窪み部内を絶縁膜１５と同様な絶縁物質で充填した形態のものでも構わない。また、この窪み形態は、シート基板の状態で隣接する容器体形成領域におけるメッキ用導体パターン配線位置にシート基板の厚み方向に対してスルーホールを形成し、シート基板を個々の容器体に切断分割することにより形成するものである。

図１は、本発明における圧電デバイスの一実施形態を示した分解外観斜視図である。 図２は、図１に記載した圧電デバイスを組み立てた後、図１記載の仮想切断線Ａ−Ａ′の位置で切断したものを示した概略断面図である。 図１は、本発明における圧電デバイスの他の実施形態を示した分解外観斜視図である。

符号の説明

１０・・・容器体
１１・・・凹部空間
１２・・・封止用導体パターン
１３・・・外部接続用電極端子
１４・・・素子搭載パッド
１５・・・絶縁膜
１６・・・メッキ用導体パターン
２０・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
２１・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
４０・・・導電性接着剤

Claims (1)

1. 少なくとも、矩形状の容器体に形成された凹部空間内には素子搭載パッドが形成されており、前記素子搭載パッドには圧電振動素子が搭載されており、前記容器体の実装側主面の四隅近傍には、表面に電解メッキ処理が施された外部接続用電極端子が個々に形成されており、前記容器体の側壁部頂部には、前記凹部空間の開口部を覆う形態の矩形状の蓋体が配置されており、前記蓋体と前記側壁部頂部に設けた封止用導体パターンとを固着し、前記容器体の前記圧電振動素子を気密封止した形態の圧電デバイスにおいて、
   前記容器体の外部接続用電極端子に電解メッキを施すために、各々の前記外部接続用電極端子から前記容器体の側壁部外表面に露出しているメッキ用配線パターンの露出部表面が絶縁膜により被膜されていることを特徴とする圧電デバイス。

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