JP2009158999A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】平面サイズを小型化した圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイスは、圧電振動片１２をパッケージに搭載した構成である。圧電振動片１２は、一方の主面１８と他方の主面２０とを貫通する貫通部２２を外形の内側に設けている。この貫通部２２には、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂと、パッケージに設けたパッド電極３６とを導通するワイヤを通している。また他方の主面２０に設けたマウント電極１６ｂと、パッケージに設けたパッケージ側マウント電極３４とに導電性接合材を設けて、圧電振動片１２を１点支持している。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電デバイスに関するものである。

圧電デバイスには、圧電振動片をパッケージに収容したものがある。圧電振動片は圧電素板を有しており、励振電極やマウント電極、リード電極（電極パターン）を圧電素板の表面に設けた構成である。圧電振動片を製造する場合は、圧電ウエハの状態で電極パターンを形成し、その後、圧電素板毎にダイシング等で個別化する方法がある。このような方法で製造した圧電振動片は、圧電素板の側面にリード電極を形成することができないので、下面に形成するマウント電極と、上面に形成する励振電極とを、リード電極で導通することができない。このため前述の方法で製造した圧電振動片は、上面と下面の両方にマウント電極を設け、上面に設けたマウント電極とパッケージ側との導通を確保するために、導電性接着剤を上塗布してこれらを導通するか、ワイヤを接合してこれらを導通する方法が用いられている。

ところが導電性接着剤を上塗布した場合は、導電性接着剤が圧電振動片に覆い被さるようになっているので、圧電素板の端面の段差により導電性接着剤が切れてしまう可能性がある。このため導通を確保するという面では、ワイヤを接合した場合の方が確実に導通を取ることができるので、優れていると言える。

また圧電振動片には、導電性接着剤を２点塗布してパッケージに固着される形態がある。このように２点塗布した導電性接着剤で圧電振動片を支持すると、この導電性接着剤を硬化するリフロー工程で前記の２点の間に歪みが発生し、振動に悪影響を与えてしまう。特に、高周波で発振する圧電振動片が２点で支持されると、導電性接着剤やパッケージとの線膨張係数の違いから、必ず２点間に支持応力が働き、振動に悪影響を与えてしまう。

これを避けるため、特許文献１に記載された発明では、振動子素片にスリットを設けている。
また特許文献２に開示された発明は、圧電振動素子に２つのパッド電極を設け、これらのパッド電極上に塗布される導電性接着剤を結んだ延長線上に励振電極を配設した構成であり、さらに溝を設ける構成にすることも可能になっている。

またワイヤを用いて導通を取る方法について開示したものには、特許文献３がある。この特許文献３に開示された発明は、振動子をパッケージに搭載したときに、振動子とパッケージを導電性接着剤により導通固定するとともに、振動子とパッケージを金属ワイヤにて接続した構成である。このパッケージは、ワイヤを接合するために振動子の平坦面と同じに高さにした棚部を備えている。そして棚部の上面に導通パッドを設けて、金属ワイヤを接合するようにしている。
特開平９−３２６６６７号公報 特開２００２−２４６８６９号公報 特開平７−１７６９７１号公報（２頁、図６）

前述したように、圧電振動片とパッケージをワイヤで導通した場合は、パッケージ側にワイヤを接合する電極が必要になる。このためパッケージの圧電振動片を収容する部分は、圧電振動片の平面サイズよりも大きくして、ワイヤを接合できるように圧電振動片とパ
ッケージの内壁との間に隙間を設ける必要がある。またパッケージの平面サイズを大きくできない場合は、圧電振動片の平面サイズを小さくして、圧電振動片とパッケージの内壁との間に隙間を設ける必要がある。ところが小型化した現在の圧電デバイスでは、圧電振動片とパッケージの内壁との隙間の一例としては０．１ｍｍ程度であり、ワイヤを接合する隙間が残っていない。このため圧電振動片とパッケージ側との導通を確実なものにするためには、圧電デバイスの平面サイズの大型化は避けられない。

なお特許文献１に開示された発明は、振動子素片にスリットを設けているが、このスリットは応力を緩和するために設けたものであり、圧電振動片とパッケージ側とを導通する手段をスリットの内部に通すという思想がない。
また特許文献３に開示された発明は、パッケージに棚部を設けている。このパッケージは、例えば、板状の絶縁シートの上に、枠幅の異なる枠型絶縁シートを複数積層することにより、棚部を形成できる。ところがパッケージに棚部を設けると、パッケージの構造が複雑になってしまう。

本発明は、平面サイズを小型化した圧電デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］圧電振動片の一方の主面と他方の主面とを貫通する貫通部を前記圧電振動片の外形の内側に設け、前記圧電振動片をパッケージに搭載して、前記一方の主面に設けたマウント電極と前記パッケージに設けたパッド電極とを導通するワイヤを、前記貫通部を通して設け、前記他方の主面に設けたマウント電極と前記パッケージに設けたパッケージ側マウント電極とに導電性接合材を設けた、ことを特徴とする圧電デバイス。
一方の主面に設けた電極パターンとパッケージ側とを導通するワイヤが圧電振動片の外形よりも内側を通過するので、圧電振動片とパッケージの内壁との間にワイヤを通す隙間が必要ない。したがって圧電デバイスは、平面サイズを小型化でき、パッケージの構成も簡単にできる。
また圧電デバイスは、導電性接合材によって１点支持されているので、圧電振動片やパッケージ、導電性接合材のそれぞれの線膨張係数の違いからリフロー工程等において歪みが残ってしまうのを防止できる。

［適用例２］前記マウント電極は、各主面に設けた励振電極に導通しており、前記マウント電極と前記励振電極の間に前記貫通部を設けたことを特徴とする適用例１に記載の圧電デバイス。
これにより圧電振動片を１点で支持したときの影響を励振電極の配設部分に与えるのを防止できる。

［適用例３］前記導電性接合材を前記圧電振動片の幅方向の中央部に設けたことを特徴とする適用例１または２に記載の圧電デバイス。
これにより圧電振動片を１点で支持するときのバランスが良好になる。

［適用例４］前記マウント電極は、このマウント電極を設けている主面内を引き回したリード電極を介して励振電極に導通しており、前記他方の主面に設けた前記マウント電極は、前記一方の主面に設けた前記マウント電極およびリード電極から平面方向にずれて配設した、ことを特徴とする適用例１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
これにより浮遊容量の発生を防止できる。また導電性接合材として導電性接着剤を用いた場合は、導電性接着剤が圧電振動片の側面を介して一方の主面に流れ込んで来ても、一
方の主面に設けたマウント電極やリード電極に導通するのを防ぐことができる。

以下に、本発明に係る圧電デバイスの最良の実施形態について説明する。図１は圧電振動片とパッケージの一部を示した斜視図である。図２は圧電デバイスの平面図である。この図２では蓋体の記載を省略している。図３は圧電デバイスの断面図である。この図３では励振電極およびリード電極の記載を省略している。

圧電デバイス１０は、圧電振動片１２とパッケージ３０を備えている。圧電振動片１２は圧電素板１４を有しており、この圧電素板１４の表面に電極パターン１６を設けている。そして本実施形態の圧電振動片１２は矩形のフラット板になっており、各主面１８，２０に励振電極１６ａを対向するように設けている。また圧電素板１４の一方の端部にマウント電極１６ｂを設けており、このマウント電極１６ｂはリード電極１６ｃを介して励振電極１６ａに導通している。これらの励振電極１６ａやマウント電極１６ｂ、リード電極１６ｃ（電極パターン１６）は、各主面内１８，２０にそれぞれ設けている。なお一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂおよびリード電極１６ｃは、励振電極１６ａへの影響が少なくなるように引き回してあればよい。

また圧電素板１４には、一方の主面１８と他方の主面２０を貫通する貫通部２２を設けている。この貫通部２２は、圧電素板１４の外形の内側に設けてあり、本実施形態の場合は貫通孔になっている。このような貫通部２２は、圧電振動片１２とパッケージ３０側とを導通する手段（導通手段）、本実施形態ではワイヤ２８が通過するようになっている。このため貫通部２２は、前記導通手段を通すことのできる平面サイズを有していればよく、本実施形態ではワイヤボンダのキャピラリが通過して、ワイヤ２８を通すことのできる大きさであればよい。この貫通部２２は、圧電素板１４の外形を形成するときと同時にエッチングで形成できる。

そして貫通部２２よりも一方の端部側にマウント電極１６ｂを設け、貫通部２２よりも他方の端部側に励振電極１６ａを設けている。なお各主面１８，２０に設けたマウント電極１６ｂは、平面方向にずれて配置してあってもよく、互いに対向して配置してあってもよい。

すなわち他方の主面２０に設けるマウント電極１６ｂは、図２に示すように、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂおよびリード電極１６ｃから平面方向にずれて配設することもできる。この図２に示す場合では、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂおよびリード電極１６ｃと、他方の主面２０に設けたマウント電極１６ｂおよびリード電極１６ｃとが平面視して重ならないようになっている。このようにすると浮遊容量の発生を防ぐことができる。また圧電振動片１２をパッケージ３０に搭載するときに、導電性接合材４４として導電性接着剤が他方の主面２０に接合する場合には、前記導電性接着剤が圧電振動片１２の側面を介して一方の主面１８に流れ込んで来ても、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂやリード電極１６ｃに導通するのを防止できる。

これに対し、各主面１８，２０に設けるマウント電極１６ｂを対向して配置した場合は、他方の主面２０に設けたマウント電極１６ｂに導電性接合材４４が接合し、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂにワイヤ２８が接合することになる。このときは、ワイヤ２８を接合する箇所の直下が支持されているので、圧電振動片１２にワイヤ２８を接合しやすくなる。

またパッケージ３０は、図３に示すように、圧電振動片１２を凹陥部４２に搭載し、この凹陥部４２の開口部分に蓋体４６を接合して、圧電振動片１２を気密封止するようにな
っている。このパッケージ３０は、圧電振動片１２が接合する平板状の絶縁基板３２を有しており、この上面にパッケージ側マウント電極３４およびパッド電極３６を設けている。また絶縁基板３２の下面に外部端子３８が設けてあり、外部端子３８とパッケージ側マウント電極３４、外部端子３８とパッド電極３６がそれぞれ導通している。そして絶縁基板３２の上面に枠型のシールリング４０を接合して、圧電振動片１２を収容する凹陥部４２を形成している。

圧電振動片１２は、パッケージ側マウント電極３４の上に設けられた導電性接合材４４によりパッケージ３０と１点で固着している。この導電性接合材４４は、圧電振動片１２をパッケージ３０に固着でき、且つ、パッケージ側マウント電極３４と圧電振動片１２の他方の主面２０に形成されたマウント電極１６ｂとを導通できるものであればよい。このため導電性接合材４４は、例えば導電性接着剤であってもよく、金や半田等の金属バンプであってもよい。この場合、導電性接着剤は、一方の主面１８のマウント電極１６ｂにワイヤボンディングをするときの超音波が逃げないような硬いものであればよい。例えば、導電性接着剤がシリコーン系であれば、硬化後であっても柔らかいので超音波が逃げてしまい好ましくない。

なお他方の主面２０に設けるマウント電極１６ｂは、圧電振動片１２の幅方向（図２等に示す場合には短辺に沿った方向）の中央部に設けてあればよい。このようにすると、圧電振動片１２は、幅方向の中央部付近において導電性接合材４４によって支持されるので、この支持のバランスが良好になる。また、この場合、圧電振動片１２に導電性接合材４４が接合する位置と貫通部２２とを、圧電振動片１２の幅方向の中央線に沿って配設しておけば、励振が起こる部分に支持の影響が加わるのを防止できる。

また圧電振動片１２は、貫通部２２とパッド電極３６とが平面視して重なるように配設してある。そして圧電素板１４の一方の主面１８に設けた電極パターン１６は、貫通部２２を通ったワイヤ２８によってパッケージ３０側と導通している。すなわち一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂにワイヤ２８の一端が接合し、ワイヤ２８の中間部分が貫通部２２を通過しつつ、パッド電極３６にワイヤ２８の他端が接合している。なおワイヤボンディングは、導電性接合材４４を用いて圧電振動片１２をパッケージ３０に固着した後に、平面視して貫通部２２の内側に見えるパッド電極３６と、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂとに対して行えばよい。

このような圧電デバイス１０によれば、一方の主面１８に設けた電極パターン１６とパッケージ３０側とを導通するワイヤ２８が圧電振動片１２の外形よりも内側を通過するので、圧電振動片１２とパッケージ３０の内壁との間にワイヤ２８を通す隙間が必要ない。したがって圧電デバイス１０は、平面サイズを小型化できる。

また圧電デバイス１０は、導電性接合材４４によって１点支持されているので、圧電振動片１２やパッケージ３０、導電性接合材４４のそれぞれの線膨張係数の違いからリフロー工程等において歪みが残ってしまうのを防止できる。このため圧電デバイス１０は、応力が振動面に悪影響を与えることがないので、様々な特性を安定させることができる。なおマウント電極１６ｂと励振電極１６ａとの間に貫通部２２を設けておけば、圧電振動片１２を支持する部分の影響を振動面に与えることを防止でき、特性をさらに安定させることができる。

またパッド電極３６は、パッケージ３０の底面に設けてある。すなわち本実施形態の圧電デバイス１０では、従来技術のようにパッケージの内壁を階段状にして、圧電振動片の上面と同じ高さにした階段部の上面にパッド電極を設ける必要がない。このためパッケージ３０の構造を簡単にできる。またパッケージ３０は、絶縁基板３２の上にシールリング
４０を接合して凹陥部４２を形成した構成や、絶縁基板３２と枠型絶縁基板３２との２枚を重ねて凹陥部４２を形成した構成にすることができるので、従来に比べて階段部を形成する枠型の絶縁基板を１枚省略することができる。よって圧電デバイス１０は、薄型化することもできる。

なお前述した実施形態では、圧電素板１４をフラット板とした形態について説明した。しかしながら圧電素板１４は他の形態であってもよく、例えば逆メサ型やメサ型であってもよい。図４は逆メサ型圧電振動片の斜視図である。逆メサ型圧電振動片５０は、薄肉部５２ａと厚肉部５２ｂを備えた圧電素板５２を有している。この厚肉部５２ｂは、薄肉部５２ａの周囲に設けてある。また貫通部２２は、圧電素板５２の一方の端部側において、薄肉部５２ａと厚肉部５２ｂの間に設けてある。そして励振電極１６ａは、薄肉部５２ａの両主面１８，２０に対向するように配設してある。またマウント電極１６ｂは、厚肉部５２ｂの各主面１８，２０にそれぞれ設けてあり、リード電極１６ｃを介して励振電極１６ａに導通している。

このような逆メサ型圧電振動片５０であっても、図２，３に示す形態と同様に、貫通部２２に通したワイヤ２８によって、一方の主面１８に設けたマウント電極１６ｂとパッケージ３０側とを導通できる。また他方の主面２０に設けたマウント電極１６ｂに導電性接合材４４を接合させることにより、圧電振動片１２を１点で支持することができる。よって圧電デバイスを小型化でき、諸特性を安定させることができ、パッケージ３０の構造を簡単にすることができる。

また前述した形態の貫通部２２は、貫通孔となっている。しかし貫通部２２は他の形態であってもよく、例えば切り欠き型になっていてもよい。図５は貫通部の変形例を説明する圧電振動片の平面図である。この変形例の圧電振動片６０は、貫通部２２となる切り欠き６２を圧電素板１４の外形を構成する辺に設けた形態になっている。そして切り欠き６２は、圧電素板１４の一方の主面１８から他方の主面２０まで貫通しており、ワイヤ２８等の導通手段が通るようになっている。このような切り欠き６２は、圧電素板１４の外形を形成するときのエッチングと同時に形成できる。

そして図５（Ａ）に示す圧電振動片６０は、圧電素板１４の一方の長辺に切り欠き６２が設けてある。この切り欠き６２よりも一方の端部側にマウント電極１６ｂが設けてあり、他方の端部側に励振電極１６ａが設けてある。また図５（Ｂ）に示す圧電振動片６０は、圧電素板１４の一方の短辺に切り欠き６２が設けてある。このため切り欠き６２に隣接してマウント電極１６ｂが設けてあり、このマウント電極１６ｂよりも切り欠き６２とは反対側に励振電極１６ａを設けてある。
このように貫通部２２が切り欠き６２であっても、ワイヤ２８は圧電振動片６０の外形よりも内側を通ることができ、前述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

さらに前述した形態の圧電デバイス１０は、圧電振動片１２，５０，６０のみをパッケージ３０に搭載している。しかし圧電デバイス１０は、圧電振動片１２，５０，６０の他に回路部品をパッケージ３０に搭載してもよい。この回路部品は、例えば、圧電振動片１２，５０，６０を発振させる回路（発振回路）であればよい。これにより圧電デバイス１０は圧電発振器となる。さらに回路部品としては、前記発振回路に加えて、外部から入力される制御電圧に応じて出力周波数を可変する電圧制御回路を備えていてもよく、周囲温度の変化による出力周波数の変化が少なくなるように制御する温度補償回路を備えていてもよい。これにより圧電デバイス１０は、電圧制御型圧電発振器になったり、温度補償型圧電発振器になったりする。

圧電振動片とパッケージの一部を示した斜視図である。 圧電デバイスの平面図である。 圧電デバイスの断面図である。 逆メサ型圧電振動片の斜視図である 貫通部の変形例を説明する圧電振動片の平面図である。

符号の説明

１０………圧電デバイス、１２………圧電振動片、１６ａ………励振電極、１６ｂ………マウント電極、１８………一方の主面、２０………他方の主面、２２………貫通部、２８………ワイヤ、３０………パッケージ、３４………パッケージ側マウント電極、３６………パッド電極、４４………導電性接合材、５０………逆メサ型圧電振動片、６０………圧電振動片、６２………切り欠き。

Claims (4)

1. 圧電振動片の一方の主面と他方の主面とを貫通する貫通部を前記圧電振動片の外形の内側に設け、
   前記圧電振動片をパッケージに搭載して、前記一方の主面に設けたマウント電極と前記パッケージに設けたパッド電極とを導通するワイヤを、前記貫通部を通して設け、
   前記他方の主面に設けたマウント電極と前記パッケージに設けたパッケージ側マウント電極とに導電性接合材を設けた、
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記マウント電極は、各主面に設けた励振電極に導通しており、前記マウント電極と前記励振電極の間に前記貫通部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記導電性接合材を前記圧電振動片の幅方向の中央部に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
4. 前記マウント電極は、このマウント電極を設けている主面内を引き回したリード電極を介して励振電極に導通しており、
   前記他方の主面に設けた前記マウント電極は、前記一方の主面に設けた前記マウント電極およびリード電極から平面方向にずれて配設した、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。

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