JP2009207066A - 圧電デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板部と枠部によって形成された凹部空間が設けられた容器体と、凹部空間内の基板部に設けられた圧電振動素子搭載パッドに導電性接着剤により搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、凹部空間を気密封止する蓋体とを備え、圧電振動素子搭載パッドには、容器体の中央側に寄るように容器体の短辺方向に伸びるバンプが設けられており、導電性接着剤が、バンプの上面の幅方向の半分まで形成されていることを特徴とするものである。
【選択図】図2
Description
従来の圧電デバイスの一例としては、圧電振動子200を示す。圧電振動子200は、凹部空間202を有する容器体201と水晶振動素子205と蓋体206とから主に構成されている。
容器体201は、基板部201aと枠部201bで構成されている。基板部201aと枠部201bによって形成された凹部空間202内に露出した基板部201aには、一対の圧電振動素子搭載パッド203が設けられている。
この圧電振動素子搭載パッド203上には、導電性接着剤209を介して電気的に接続される一対の励振用電極208を表裏主面に有した圧電振動素子205が搭載されている。この圧電振動素子205を囲繞する容器体201の枠部201bの頂面に金属製の蓋体206を被せ、接合することにより凹部空間202は気密封止されている。
また、前記圧電振動素子搭載パッド203には、前記容器体201の中央側に寄るように前記容器体201の短辺方向に伸びたバンプ207が設けられている構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
このバンプ207により、水晶振動素子205の先端部が凹部空間底面に接触しないようになる。
また、このような圧電振動素子205は、四角形状の水晶素板を片持ち固定されている。
このとき、圧電振動素子205の固定されている側を固定端とし、固定されていない側の辺端を自由端とする。このときの自由端となる側を圧電振動素子205の先端部とする。
図11に示すように、前記バンプ207と前記圧電振動素子205の前記励振用電極208の間には、導電性接着剤209が形成されている状態となっている。
また、導電性接着剤209の塗布領域は、前記バンプ207の上面がすべて被覆されるように塗布されている。
また、圧電振動素子20の先端部23と容器体10の基板部10aとの間隔が小さい場合には、落下等の衝撃により圧電振動素子20の先端部23が容器体10の基板部10aに接触してしまうことがあった。
これにより、圧電振動素子205の正常な振動が阻害され、圧電デバイスの発振周波数が変動してしまうことがあった。
よって、圧電振動素子が凹部空間内の基板部に接触することにより生じる圧電振動子の発振周波数の変動を防止することができ、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
また、圧電振動素子の励振用電極とバンプとの間の導電性接着剤が半分以下になっているが、圧電振動素子と圧電振動素子搭載パッドとの間には必要な量の導電性接着剤が塗布されているので、圧電振動素子の機械的な接続に必要な強度を維持することができる。
よって、圧電振動素子の先端部が容器体の凹部空間に露出した基板部に接触することを防止することができる。
図1は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。図2は、図1のA−A断面図である。図3は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する容器体を示す上視図である。図4は、図3のBの部分拡大図である。図5は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスにおいて容器体内に圧電振動素子を搭載した状態を示す上視図である。図6は、図5のCの部分拡大図である。
以下、圧電デバイスの一例である水晶振動子について説明する。
図1及び図2に示す水晶振動子100は、容器体10と水晶振動素子20と蓋体30とで主に構成されている。この水晶振動子100は、前記容器体10に形成されている凹部空間11内に、水晶振動素子20が搭載され、蓋体30により、凹部空間11が気密封止された構造となっている。
水晶素板21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された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極22は、前記水晶素板21の表裏両主面に被着・形成したものである。このような水晶振動素子20は、その両主面に被着されている励振用電極22と後述する凹部空間11内の基板部10aの一方の主面に設けられている圧電振動素子搭載パッド13とを、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凹部空間11に搭載される。
水晶振動素子20は水晶素板21の短辺側で片持ち固定されている。この導電性接着剤40によって固定されている水晶振動素子20の一方の短辺端部を固定端といい、固定されていない水晶振動素子20の他方の短辺端部を自由端という。
また、水晶振動素子20の自由端となる側は、水晶振動素子20の先端部23ともいう。
例えば、この容器体10は、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を複数積層することよって形成されている。
また、図1及び図2に示すように、容器体10には、基板部10aの一方の主面と枠部10bによって凹部空間11が形成されている。
この容器体10の凹部空間11を囲繞する枠部10bの開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン12が形成されている。凹部空間11内に露出した基板部10aには、2個一対の圧電振動素子搭載パッド13と配線パターン(図示しない)が設けられている。
容器体10の基板部10aの圧電振動素子搭載パッド13が設けられている面とは反対側の主面の4隅には、外部接続用電極端子14が設けられている。
圧電振動素子搭載パッド13と外部接続用電極端子14の内の所定の端子とは、前記容器体10の凹部空間11内の基板部10aに形成された部分を有する配線パターン(図示せず)と基板部10aの内部に形成されたビア導体(図示せず)により接続されている。
バンプ15は、圧電振動素子搭載パッド13の圧電振動素子20の自由端側に、容器体10の枠部10aの短辺方向に平行になるように設けられている。
また、バンプ15は、圧電振動素子搭載パッド13と同様に、タングステン(W)等に金(Au)メッキ等を施すことにより設けられている。
バンプ15の厚み方向の長さは、5〜30μmであり、幅方向の長さdは、100〜150μmである。
導電性接着剤40は、水晶振動素子20を搭載したときに前記バンプ15の上面の幅方向の半分まで形成されている。
つまり、導電性接着剤40は、水晶振動素子20を搭載したときに、バンプ15を2等分する2等分線Xよりも、容器体10の中心側に導電性接着剤40が越えないように塗布されている。
つまり、水晶振動素子20は、水晶振動素子20の固定端側の短辺外縁部の位置が、容器体の枠部10bと平行となる前記前記導電性接着剤40の中心点Yを通る中心線Zよりも前記枠部10bの凹部空間11に露出した短辺側壁面に向かった位置となるように、導電性接着剤40に配置している。
この封止用導体パターン12は、後述する蓋体30を、容器体10に接合する際に用いられ、蓋体30に形成された封止部材31の濡れ性を良好にして接合しやすくしており、凹部空間11の気密信頼性及び生産性を向上させることができる。
また、このような封止部材31は、前記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。
よって、圧電振動素子20が凹部空間11内の基板部10aに接触することにより生じる圧電振動子100の発振周波数の変動を防止することができ、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
また、圧電振動素子20の励振用電極21とバンプ15との間の導電性接着剤40が半分以下になっているが、圧電振動素子20と圧電振動素子搭載パッド13との間には必要な量の導電性接着剤40が塗布されているので、圧電振動素子20の機械的な接続に必要な強度を維持することができる。
よって、圧電振動素子20の先端部23が容器体10の凹部空間11に露出した基板部10aに接触することを防止することができる。
本発明の圧電デバイスと従来の圧電デバイスについて実施例を以下に示す。
図7は、圧電振動素子の先端部と容器体の基板部との間隔を示す確率分布図である。図8は、圧電振動素子の先端部と容器体の基板部との間隔を示す表である。
図1及び図2に示す本発明の圧電デバイスの構造に従って、前記圧電振動素子搭載パッド13には、前記容器体10の中央側に寄るように前記容器体10の短辺方向に伸びるバンプ15が設けられており、導電性接着剤40が、前記バンプ15の幅方向の半分まで形成されるように作製した。
測定方法は、まず、圧電振動素子の厚みを測定する。次に、容器体の基板部を基準にして、搭載されている圧電振動素子の先端部の上主面の高さを測定し、その高さ寸法から圧電振動素子の厚みを引き算することで圧電振動素子の先端部と容器体の基板部との間隔を算出する。
尚、圧電振動素子の先端部と容器体の基板部との間隔の算出には、金属顕微鏡を用いた。
図8に示す左と右は、圧電振動素子の先端部の左右の位置にて算出した値を示したものである。
また、本発明の圧電デバイスでは、圧電振動素子20の先端部23と容器体10の基板部10aとの間隔の最小値は、56.45μmであった。
これにより、圧電振動素子20の先端部23と容器体10の基板部10aとの間隔が50μm以下になると、落下等の衝撃により圧電振動素子20の先端部23が容器体10の基板部10aに接触してしまうことがわかった。従って従来の圧電デバイスには、周波数の変動がよく起こることがあった。
図7及び図8に示すように、圧電振動素子20の先端部23と容器体10の基板部10aとの間隔は、50μm以上確保することができることから、本発明は、圧電振動素子20の先端部23が容器体10の基板部10aへの接触を防止していることが判る。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る圧電デバイスの断面図である。
第1の実施形態と異なるのは、容器体に2つの凹部空間を有し、第1の凹部空間内に圧電振動素子搭載パッドが設けられ、第2の凹部空間内に集積回路素子搭載パッドが設けられた容器体に、圧電振動素子と集積回路素子を搭載している圧電発振器である点である。
図9に示すように、容器体10は、基板部10aの一方の主面と枠部10bによって第1の凹部空間11が形成され、基板部10aの他方の主面と枠部10cによって第2の凹部空間17が形成されている。
この容器体10の第1の凹部空間11を囲繞する枠部10bの開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン12が形成されている。第1の凹部空間11内の基板部10aには、圧電振動素子搭載パッド13と配線パターンが設けられている。
容器体10の枠部10cの4隅には、外部接続用電極端子14が設けられている。
容器体10の第1の凹部空間11内の圧電振動素子搭載パッド13が設けられ、第2の凹部空間17には、集積回路素子搭載パッド16が設けられている。
バンプ15は、圧電振動素子搭載パッド13の圧電振動素子20の自由端側に、容器体10の枠部10aの短辺方向に平行になるように設けられている。
導電性接着剤40は、圧電振動素子搭載パッド13上に、バンプ15の圧電振動素子搭載パッド13の中心に向いた側面の一部にかかるように塗布されている。
導電性接着剤40は、水晶振動素子20を搭載したときに前記バンプ15の上面の幅方向の半分まで形成されている。
つまり、導電性接着剤40は、水晶振動素子20を搭載したときに、バンプ15を2等分する2等分線よりも、容器体10の中心側を越えないように形成されている。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る圧電デバイスの断面図である。
第2の実施形態と異なるのは、容器体10の第2の凹部空間17は、第1の凹部空間11内に設けられている圧電発振器である点である。
図10に示すように、容器体10は、基板部10aの一方の主面と枠部10b、10cによって第1の凹部空間11が形成され、基板部10aの一方の主面と枠部10cによって第2の凹部空間17が形成されている。
この容器体10の第1の凹部空間11を囲繞する枠部10bの開口側頂面の全周には、環状の封止用導体パターン12が形成されている。第1の凹部空間11内の基板部10aには、圧電振動素子搭載パッド13と配線パターンが設けられている。
容器体10の基板部10aの他方の主面の枠部10cの4隅には、外部接続用電極端子14が設けられている。
容器体10の第1の凹部空間11内の搭載部に圧電振動素子搭載パッド13が設けられ、第2の凹部空間17内底面には、集積回路素子搭載パッド16が設けられている。
バンプ15は、圧電振動素子搭載パッド13の圧電振動素子20の自由端側に、容器体10の枠部10aの短辺方向に平行になるように設けられている。
導電性接着剤40は、圧電振動素子搭載パッド13上に、バンプ15の圧電振動素子搭載パッド13の中心に向いた側面の一部にかかるように塗布されている。
導電性接着剤40は、水晶振動素子20を搭載したときに前記バンプ15の上面の幅方向の半分まで形成されている。
つまり、導電性接着剤40は、水晶振動素子20を搭載したときに、バンプ15を2等分する2等分線よりも、容器体10の中心側を越えないように形成されている。
また、本発明の第4実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。
第4の実施形態の圧電発振器は、第1の容器体と第2の容器体と圧電振動素子と蓋体と、集積回路素子とで主に構成されている。
この圧電発振器は、第1の容器体の一方の主面に形成されている凹部空間内に、圧電振動素子が搭載され、第2の容器体の一方の主面に形成される凹部空間12内に集積回路素子50が搭載されており、前記第1の容器体の他方の主面に形成されている第2の容器体接続用端子と前記第2の容器体の主面に形成された第1の容器体接続用電極端子が接合された構造となっていても構わない。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子20を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、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圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
10a・・・基板部
10b、10c・・・枠部
11・・・凹部空間(第1の凹部空間)
12・・・封止用導体パターン
13・・・圧電振動素子搭載パッド
14・・・外部接続用電極端子
15・・・バンプ
16・・・集積回路素子搭載パッド
17・・・第2の凹部空間
20・・・圧電振動素子(水晶振動素子)
21・・・水晶素板
22・・・励振用電極
23・・・先端部
30・・・蓋体
31・・・封止部材
40・・・導電性接着剤
50・・・集積回路素子
100・・・圧電デバイス(圧電振動子、圧電発振器)
Claims (2)
- 基板部と枠部によって形成された凹部空間が設けられた容器体と、
前記凹部空間内の基板部に設けられた圧電振動素子搭載パッドに導電性接着剤により搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、
前記凹部空間を気密封止する蓋体とを備え、
前記圧電振動素子搭載パッドには、前記容器体の中央側に寄るように前記容器体の短辺方向に伸びるバンプが設けられており、
前記導電性接着剤が、前記バンプの上面の幅方向の半分まで形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 前記圧電振動素子の固定端側の短辺外縁部の位置が、前記容器体の短辺方向と平行となる前記導電性接着剤の中心線よりも前記枠部側に位置していることを特徴とする請求項1記載の圧電デバイス。
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JP2008049734A JP2009207066A (ja) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | 圧電デバイス |
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- 2008-02-29 JP JP2008049734A patent/JP2009207066A/ja active Pending
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