JP2009207068A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】仮固定の際に、蓋体の封止部材が飛散し、容器体の凹部空間内に飛散物が入ってしまうことを防止し、発振周波数の変動を防止することが可能な圧電デバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】基板部と枠部により設けられる凹部空間を有する容器体と、枠部の開口側頂面に設けられた封止用導体パターンと、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搭載される圧電振動素子と、封止用導体パターンと接合することで、凹部空間を気密封止する蓋体とを備えた圧電デバイスであって、枠部の頂面の４隅のうち少なくとも１つの隅には、仮固定用導体パターンが設けられており、仮固定用導体パターンと前記封止用導体パターンの間には、溝部が設けられていることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。

図４は、従来の圧電デバイスを示す断面図である。
図４に示すように、従来の圧電デバイスの一例としては、圧電材して水晶を使用した水晶振動子２００を示す。水晶振動子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によって構成されている。前記容器体２０１に形成された凹部空間２０２内に露出した基板部２０１ａの主面には、一対の水晶振動素子搭載用パッド２０３が設けられている。
この水晶振動素子搭載パッド２０３上には、導電性接着剤２０４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振動素子２０５が搭載されている。
この水晶振動素子２０５を囲繞する容器体２０１の枠部２０１ｂの頂面には、封止用導体パターン２０７が設けられている。
凹部空間２０２は、この封止用導体パターン２０７に封止用導体パターンとの接合側主面に封止部材２０８が設けられている金属製の蓋体２０６を被せ、封止用導体パターン２０７と蓋体２０６とを接合することにより気密封止されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の圧電デバイスの製造方法は、前記容器体２０１の凹部空間２０２内底面に設けられた水晶振動素子搭載パッド２０３上に導電性接着剤２０４を塗布し、前記導電性接着剤２０４上に水晶振動素子２０５を搭載する工程と、前記導電性接着剤２０４を加熱硬化させ、前記水晶振動素子搭載パッド２０３と水晶振動素子２０５とを導通固着する工程と、蓋体２０６と前記容器体２０１とをレーザ溶接やスポット溶接にて仮固定し、その後蓋体２０６と前記容器体２０１とを完全に接合する蓋体接合工程とを含む製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−７０９２号公報 特開２０００−１９５９７７号公報

しかしながら、従来の圧電デバイス２００においては、蓋体接合工程で、レーザ溶接やスポット溶接にて蓋体２０６と容器体２０１とを仮固定する際に、溶融する封止部材２０８の量が多いと封止部材２０８が飛散し、容器体２０１の凹部空間２０２内にこの飛散物が入ってしまうといった課題があった。
この飛散物が容器体２０１の凹部空間２０２内の水晶振動素子２０５に付着してしまった場合、水晶振動素子２０５の正常な振動を阻害してしまい、圧電デバイス２００の発振周波数が変動してしまうといった課題があった。

そこで、本発明は前記課題に鑑みてなされたもので、仮固定の際に、蓋体の封止部材が飛散し、容器体の凹部空間内に飛散物が入ってしまうことを防止し、発振周波数の変動を防止することが可能な圧電デバイスを提供することを課題とする。

本発明の圧電デバイスは、基板部と枠部により設けられる凹部空間を有する容器体と、枠部の開口側頂面に設けられた封止用導体パターンと、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搭載される圧電振動素子と、封止用導体パターンと接合することで、凹部空間を気密封止する蓋体とを備えた圧電デバイスであって、枠部の頂面の４隅のうち少なくとも１つの隅には、仮固定用導体パターンが設けられており、仮固定用導体パターンと前記封止用導体パターンの間には、溝部が設けられていることを特徴とするものである。

また、仮固定用導体パターンが２つの場合には、容器体の対角線上に位置するように設けられていることを特徴とするものである。

本発明の圧電デバイスによれば、枠部の４隅の少なくとも１つには、仮固定用導体パターンが設けられており、仮固定用導体パターンと封止用導体パターンの間には、溝部が設けられていることによって、仮固定の際に加わる熱が仮固定用導体パターンから封止用導体パターンへ伝わることを阻止できる。これにより、仮固定時に仮固定用導体パターンの形状と対応した形状の蓋体の封止部材のみが溶融し、封止部材の仮固定における溶融面積を制限することができる。
これにより、封止部材が溶融する量も低減できるので、仮固定の際に蓋体の封止部材の飛散を防止し、容器体の凹部空間内に飛散物が入ることを防止することができる。
また、飛散物が容器体の凹部空間内の圧電振動素子に付着することがないため、圧電デバイスの発振周波数が変動することを防止することができる。

また、仮固定用導体パターンが２つの場合には、容器体の対角線上に位置するように設けられていることによって、蓋体を容器体に仮止めする工数が少なく、蓋体が浮き上がることがないため確実に仮固定することができるので、生産性を向上させることが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスとして圧電振動子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、図１のＢ−Ｂ断面図である。
以下、圧電デバイスとして圧電振動子を例にして説明する。

図１〜図３に示す圧電振動子１００は、容器体１０と圧電振動素子２０と蓋体３０とで主に構成されている。この圧電振動子１００は、前記容器体１０の一方の主面に形成されている凹部空間１１内に、圧電振動素子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。

圧電振動素子２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板２１に励振用電極２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極２２を介して水晶素板２１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。
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の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
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２２と凹部空間１１内底面に形成さ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。

容器体１０は、基板部１０ａと前記基板部１０ａの一方の主面に設けられた枠部１０ｂによって構成されている。
この基板部１０ａ及び枠部１０ｂ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を複数積層することよって形成されている。
図１及び図２に示すように、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の開口側頂面には、環状の封止用導体パターン１２が設けられている。また、前記枠部１０ｂの開口側頂面の対角方向に対向する２対４つの隅には、仮固定用導体パターン１５が設けられている。
この仮固定用導体パターン１５と前記封止用導体パターン１２の間には、溝部１６が設けられている。
つまり、容器体１０の枠部１０ｂの開口側頂面全面に金属膜を設け、４隅に溝部を設ける。これにより、環状の部分を封止用導体パターン１２とし、隅の部分を仮固定用導体パターン１５とする。
凹部空間１１内の基板部１０ａの一方の主面には、圧電振動素子搭載パッド１３が設けられている。
容器体１０の基板部１０ａの他方の主面の四隅には、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のうちの所定の端子とは、前記容器体１０の基板部１０ａの内部に形成された配線導体（図示せず）やビア導体（図示せず）により接続されている。

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いる。このように構成することにより、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。

図１〜図３に示すように、仮固定用導体パターン１５は、容器体１０の枠部１０ｂの４隅に設けられている例を示す。この仮固定用導体パターン１５は、後述する蓋体３０が容器体１０に配置されてから、容器体１０に完全に接合されるまでの間に容器体１０の所定の位置から位置ずれを起こさないようにするため、蓋体３０を仮固定する際に用いられる。
つまり、レーザ溶接やスポット溶接により、蓋体３０の封止部材３１を溶融させ、容器体１０の仮固定用導体パターン１５に蓋体３０を仮固定する。

溝部１６は、容器体１０の枠部１０ｂに設けられている前記封止用導体パターン１２と前記仮固定用導体パターン１５の間に設けられており、前記封止用導体パターン１２と前記仮固定用導体パターン１５とを分離している。
この溝部１６により、仮固定の際に溶融する箇所を、前記仮固定用導体パターン１５のみに限定できるので、後述する蓋体３０の封止部材３１の溶融量も前記仮固定用導体パターン１５に対応する部分に制限できる。
溝部１６の形状は、馬蹄形状や円弧形状等の仮固定用導体パターン１５を囲むような形状であれば構わない。
溝部１６は、封止用導体パターン１２と仮固定用導体パターン１５を一体一括的に形成後、エッチング手法により後述する基層のうちの溝部１６が設けられる基層部分を除去することで形成されている。

仮固定用導体パターン１５は、後述する蓋体３０を、容器体１０に仮固定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仮固定しやすくしている。このように構成することにより、蓋体３０が容器体１０に完全に接合されるまでの間に容器体１０の所定の位置から位置ずれを起こさないようにすることができる。

励振用電極２１と接続される圧電振動素子搭載パッド１３は、前記容器体１０の内部の配線導体（図示せず）やビアホール導体（図示せず）等を介して、外部接続用電極端子１４に電気的に接続される。

蓋体３０は、容器体１０の封止用導体パターン１２上に凹部空間１１の開口部を覆うように配置接合される。この蓋体３０の接合側主面には、容器体１０の枠部１０ｂに設けられた封止用導体パターン１２に相対する箇所に封止部材３１が設けられている。
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。

また、前記容器体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の接合側主面面には、ニッケル（Ｎｉ）層が形成され、更にニッケル（Ｎｉ）層の上面に少なくとも封止用導体パターン１２、仮固定用導体パターン１５及び溝部１６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。

前記導電性接着剤４０は、シリコーン樹脂の中に導電性粉末が適量含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれか１つまたはこれらを複数の種類組み合わせたものを用いる。

尚、前記容器体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の表面に、封止用導体パターン１２、圧電振動素子搭載パッド１３、外部接続用電極端子１４、仮固定用導体パターン１５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。

また、前記封止用導体パターン１２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、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を環状に囲繞する形態で被着させることによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。

仮固定用導体パターン１５は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、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、容器体１０の枠部１０ｂの開口側頂面の隅に、１０μｍ〜２５μｍの厚みで形成されている。

このように本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００を構成したことにより、容器体１０の枠部１０ｂの頂面の４隅の少なくとも１つには、仮固定用導体パターン１５が設けられており、仮固定用導体パターン１５と封止用導体パターン１２の間には、溝部１６が設けられていることによって、仮固定の際に加わる熱が仮固定用導体パターン１５から封止用導体パターン１２へ伝わることを阻止できる。これにより、仮固定時に仮固定用導体パターン１５の形状と対応した形状の蓋体３０の封止部材３１のみが溶融し、封止部材３１の仮固定における溶融面積を制限することができる。
これにより、封止部材３１が溶融する量も低減できるので、仮固定の際に蓋体３０の封止部材３１の飛散を防止し、容器体１０の凹部空間１１内に飛散物が入ることを防止することができる。
また、飛散物が容器体１０の凹部空間１１内の水晶振動素子２０に付着することがないため、圧電デバイス１００の発振周波数が変動することを防止することができる。

（変形例）
図４（ａ）に示すように、仮固定用導体パターン１５は、容器体１０の枠部１０ｂの４隅のうちの１つに設けられている。
図４（ｂ）に示すように、仮固定用導体パターン１５は、容器体１０の枠部１０ｂの４隅のうちの２つに設けられている。
図４（ｃ）に示すように、仮固定用導体パターン１５は、容器体１０の枠部１０ｂの隅のうちの３つに設けられている。
図４（ｄ）に示すように、仮固定用導体パターン１５は、容器体１０の枠部１０ｂの隅に対角線上に位置するように２つに設けられている。
図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すようにしても、実施形態と同様の効果を奏する。
また、図４（ｄ）に示すように、仮固定用導体パターン１５は、容器体１０の枠部１０ｂの隅に対角線上に位置するように２つ設けられているようにすることで、蓋体を容器体に仮止めする工数が少なく、蓋体が浮き上がることがないため確実に仮固定することができるので、生産性を向上させることが可能となる。

尚、本発明は前記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、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。

また、上述した実施形態においては、圧電デバイスの１つである水晶振動子を例に説明したが、これに代えて、容器体１０の凹部空間１１内に、圧電振動素子２０と、この圧電振動素子２０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、又は、容器体１０に別個の凹部空間１１を形成し、その凹部空間１１内に圧電振動素子２０と集積回路素子を別個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２０をフィルタとして機能させた圧電フィルタ等の、他の圧電デバイスにおいても本発明は適用可能である。

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１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの容器体の変形例を示す外観斜視図である。 従来における圧電デバイスを示す断面図である。

符号の説明

１０・・・容器体
１０ａ・・・基板部
１０ｂ・・・枠部
１１・・・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・・・仮固定用導体パターン
１６・・・溝部
２０・・・圧電振動素子
２１・・・水晶素板
２２・・・励振用電極
３０・・・蓋体
３１・・・封止部材
４０・・・導電性接着剤
１００・・・圧電デバイス（圧電振動子）

Claims (2)

1. 基板部と枠部により設けられる凹部空間を有する容器体と、
   前記枠部の開口側頂面に設けられた封止用導体パターンと、
   前記凹部空間内の前記基板部に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載される圧電振動素子と、
   前記封止用導体パターンと接合することで、前記凹部空間を気密封止する蓋体とを備えた圧電デバイスであって、
   前記枠部の頂面の４隅のうち少なくとも１つの隅には、仮固定用導体パターンが設けられており、仮固定用導体パターンと前記封止用導体パターンの間には、溝部が設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記仮固定用導体パターンが２つの場合には、容器体の対角線上に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイスの製造方法。

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