JP2010278805A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】発振周波数の変動を防ぐ圧電デバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の圧電デバイスは、基板部とこの基板部の一方の主面に枠部が設けられて凹部空間が形成された素子搭載部材と、凹部空間に露出する基板部の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、凹部空間の開口側である枠部の主面に、凹部空間を囲うように設けられている第１の窪み部と、凹部空間の開口側である枠部の主面に、第１の窪み部を囲うようにして設けられている第２の窪み部と、第１の窪み部に設けられている封止部材と、蓋本体部と壁部で構成され、壁部が封止部材と接合され圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、を備え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６は、従来の圧電デバイスを示す断面図である。以下、圧電デバイスの一例として圧電振動子について説明する。
図６に示すように、従来の圧電振動子３００は、その例として素子搭載部材３１０、圧電振動素子３２０、蓋部材３３０とから主に構成されている。
素子搭載部材３１０は、基板部３１０ａと枠部３１０ｂで主に構成されている。
この素子搭載部材３１０は、基板部３１０ａの一方の主面に枠部３１０ｂが設けられて凹部空間３１１が形成される。
また、枠部３１０ｂは、基板部３１０ａの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜３１２上にロウ付けなどにより接続される。
その凹部空間３１１内に露出する基板部３１０ａの一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド３１３が設けられている。
また、基板部３１０ａは、積層構造となっており、基板部３１０ａの内層には、配線パターン（図示せず）等が設けられている。この配線パターンにより圧電振動素子搭載パッド３１３は、素子搭載部材３１０の基板部３１０ａの他方の主面に設けられている外部接続用電極端子３１４と接続している。
これら圧電振動素子搭載パッド３１３上には、導電性接着剤３５０を介して電気的に接続される一対の励振用電極３２２を表裏主面に有した圧電振動素子３２０が搭載されている。この圧電振動素子３２０を囲繞する素子搭載部材３１０の枠部３１０ｂの頂面には金属製の蓋部材３３０が被せられ、例えば金錫（Ａｕ−Ｓｎ）等の封止部材３３１にて接合されている。これにより、凹部空間３１１が気密封止されている。

また、このような圧電振動素子３２０は、圧電素板３２１の表裏主面にそれぞれ設けられた励振用電極３２２から一辺に延設された引き出し電極３２４を圧電振動素子搭載パッド３１３に導電性接着剤３５０で固着することで片持ち固定されている。このときの引き出し電極３２４が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子３２０の自由端である先端部３２３とする（特許文献１参照）。

特開２００８−２５２７８２号公報

しかしながら、従来の圧電デバイス３００は、素子搭載部材３１０に蓋部材３３０を接合する際に、封止部材３３１が枠部３１０ｂの主面に濡れ広がりながら凹部空間３１１内に入り込み、電振動素子３２０に被着することがあった。これによって、圧電デバイス３００の発振周波数が変動してしまうといった課題があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、発振周波数の変動を防ぐ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、基板部とこの基板部の一方の主面に枠部が設けられて凹部空間が形成された素子搭載部材と、凹部空間に露出する基板部の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、凹部空間の開口側である枠部の主面に、凹部空間を囲うように設けられている第１の窪み部と、凹部空間の開口側である枠部の主面に、第１の窪み部を囲うようにして設けられている第２の窪み部と、第１の窪み部に設けられている封止部材と、蓋本体部と壁部で構成され、壁部が封止部材と接合され圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、を備えていることを特徴とするものである。

また、素子搭載部材に少なくとも発振回路を備えた集積回路素子を備え、集積回路素子と圧電振動素子とが電気的に接続された状態となっ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、第２の窪み部に設けられた封止部材が蓋部材の壁部と接合することで第２の窪み部により溢れ出ても、第１の窪み部に封止部材が入り込むため、圧電振動素子に封止部材が被着することを防ぐことができる。よって、圧電デバイスの発振周波数が変動することを防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの蓋部材と枠体との接合前の状態を示す部分拡大図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの蓋部材と枠体の接合状態を示す部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す分解斜視図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 従来の圧電デバイスを示す断面図である。

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。また、図示した寸法も一部誇張して示している。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１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（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの蓋部材と枠体との接合前の状態を示す部分拡大図であり、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの蓋部材と枠体の接合状態を示す部分拡大図である。

本実施形態において、圧電デバイスの一例として圧電振動子について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子１００は、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０で主に構成されている。この圧電振動子１００は、前記素子搭載部材１１０に形成されている凹部空間１１１内に圧電振動素子１２０が搭載され、その凹部空間１１１が蓋部材１３０により気密封止された構造となっている。

圧電振動素子１２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板１２１に励振用電極１２２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１２２を介して水晶素板１２１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１２１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１２２は、前記水晶素板１２１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１２０は、その両主面に被着されている励振用電極１２２から延出する引き出し電極１２４と後述する凹部空間１１１内底面に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッド１１３とを、導電性接着剤１５０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１１１に搭載される。このときの引き出し電極１２４が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子１２０の自由端である先端部１２３とする。

図１及び図２に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、枠部１１０ｂと、圧電振動素子搭載パッド１１３と、外部接続用電極端子１１４とで主に構成されている。
この素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの一方の主面に枠部１１０ｂが設けられて、凹部空間１１１が形成されている。
尚、この素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａ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。また、基板部１１０ａは、セラミック材が積層した構造となっている。
枠部１１０ｂは、例えば、シールリングを用いている。この場合、枠部１１０ｂは、４２アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
また、枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜１１２上にロウ付けなどにより接続される。

図１〜図４に示すように、前記枠部１１０ｂの前記凹部空間１１１の開口側主面には、前記凹部空間１１１を囲むように第１の窪み部ＫＢ１が設けられている。
この第１の窪み部ＫＢ１は、後述する蓋部材１３０の壁部１３０ｂと後述する封止部材ＨＢを接合する際に、第２の窪み部ＫＢ２より溢れ出た封止部材ＨＢが流れ込み、凹部空間１１１内の圧電振動素子１２０に封止部材ＨＢが付着しないようする役割を果たしている。
また、第１の窪み部ＫＢ１の深さは、例えば２５μｍ〜５０μｍであり、後述する第２の窪み部ＫＢ２の深さの半分となる。

図１〜図４に示すように、前記枠部１１０ｂの前記凹部空間１１１の開口側主面には、前記第１の窪み部ＫＢ１を囲むように第２の窪み部ＫＢ２が設けられている。また、この第２の窪み部ＫＢ２内には、後述する封止部材ＨＢが設けられている。
この第２の窪み部ＫＢ２に、後述する蓋部材１３０の壁部１３０ｂが差し込むようにして、後述する蓋部材１３０と後述する封止部材ＨＢとが接合される。
また、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが第２の窪み部ＫＢ２に差し込むようにすることで、前記蓋部材１３０は、枠部１１０ｂに位置決めをすることができ、接合時に位置ずれを起こすことを防ぐことができる。また、第２の窪み部ＫＢ２の深さは、例えば５０μｍ〜１００μｍである。

前記第２の窪み部ＫＢ２の深さが５０μｍ未満であれば、蓋部材１３０を位置決めすることが困難となり、位置ずれを起こしてしまうものがあった。また、第２の窪み部ＫＢ２の深さが１００μｍ以上であれば、接合時に枠部１１０ｂの割れが生じてしまうものがあった。
前記第１の窪み部ＫＢ１は、第２の窪み部ＫＢ２の深さの半分であることにより、蓋部材１３０が位置ずれを起こし、第１の窪み部ＫＢ１と第２の窪み部ＫＢ２を隔てる枠部１１０ｂの隔壁に蓋部材１３０の壁部１３０ｂが強く接触しても枠部１１０ｂの割れを防ぐことができる。

図１及び図２に示すように、また、凹部空間１１１内で露出した基板部１１０ａの一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１３が設けられている。
素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子１１４が設けられている。
基板部１１０ａの内層には、配線パターン（図示せず）等が設けられている。この配線パターンにより圧電振動素子搭載パッド１１３は、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの他方の主面に設けられている外部接続用電極端子１１４と接続している。

蓋部材１３０は、蓋本体部１３０ａと壁部１３０ｂにより構成され、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。
具体的には、図２及び図３に示すように、蓋部材１３０の壁部１３０ｂは、所定雰囲気で、素子搭載部材１３０の枠部１１０ｂの第２の窪み部ＫＢ２に設けられている封止部材ＨＢ上に載置され、例えば、レーザやシーム溶接機及びハロゲンランプ等を用いることにより、前記封止部材ＨＢが溶融されることで接合される。

封止部材ＨＢは、中心が打ち抜かれた枠状になっており、前記第２の窪み部ＫＢ２内に設けられている。また、封止部材ＨＢは、例えば、ＡｇＣｕ、ＡｕＳｎ等のロウ材により形成されている。

前記導電性接着剤１５０は、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、例えばアルミニウム（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）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。

尚、前記素子搭載部材１１０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、封止用導体膜１１２、圧電振動素子搭載パッド１１３、外部接続用電極端子１１４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。

本発明の圧電デバイス１００によれば、第２の窪み部ＫＢ２に設けられた封止部材ＨＢが蓋部材１３０の壁部１３０ｂと接合することで第２の窪み部ＫＢ２より封止部材ＨＢが溢れ出ても、第１の窪み部ＫＢ１に封止部材ＨＢが入り込むため、圧電振動素子１２０に封止部材ＨＢが被着することを防ぐことができる。よって、圧電デバイス１００の発振周波数が変動することを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。本実施形態における圧電デバイスの一例として、圧電発振器について説明する。
図４は、本発明の第２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５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。また、図示した寸法も一部誇張して示している。
本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス２００は、素子搭載部材２１０の基板部２１０ａと第２の枠部２１０ｃによって設けられた第２の凹部空間２１６内に集積回路素子２４０が搭載されている点で第１の実施形態と異なる。

図４及び図５に示すように、本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器２００は、素子搭載部材２１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０と集積回路素子２４０で主に構成されている。この圧電発振器２００は、前記素子搭載部材２１０に形成されている第１の凹部空間２１１内に圧電振動素子１２０が搭載され、前記素子搭載部材２１０に形成されている第２の凹部空間２１６内に集積回路素子２４０が搭載され、その第１の凹部空間２１１が蓋部材１３０により気密封止された構造となっている。

集積回路素子２４０は、図４及び図５に示すように、回路形成面に前記圧電振動素子１２０からの発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された出力信号は外部接続用電極端子２１４を介して圧電発振器２００の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
また、集積回路素子２４０には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、３次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、３次関数発生回路には、温度センサが接続されている。
この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号（電圧値）が３次関数発生回路に出力される構成となっている。
集積回路素子２４０は、素子搭載部材２１０の第２の凹部空間２１６内に露出した基板部２１０ａに形成された集積回路素子搭載パッド２１５に半田等の導電性接合材を介して搭載されている。

図４及び図５示すように、素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａと、枠部２１０ｂ、２１０ｃ、圧電振動素子搭載パッド２１３と、外部接続用電極端子２１４と、集積回路素子搭載パッド２１５とで主に構成されている。
この素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａの一方の主面に枠部２１０ｂが設けられて、第１の凹部空間２１１が形成されている。また、素子搭載部材２１０の他方の主面に枠部２１０ｃが設けられて、第２の凹部空間２１６が形成されている。
尚、この素子搭載部材２１０を構成する基板部２１０ａと枠部２１０ｃ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。また、基板部２１０ａは、セラミック材が積層した構造となっている。
枠部２１０ｂは、例えば、シールリングを用いている。この場合、枠部２１０ｂは、４２アロイやコバール等の金属から成り、中心が打ち抜かれた枠状になっている。
また、枠部２１０ｂは、基板部２１０ａの一方の主面の外周を囲繞するように設けられた封止用導体膜２１２上にロウ付けなどにより接続される。

図４及び図５に示すように、前記枠部２１０ｂの前記第１の凹部空間２１１の開口側主面には、前記第１の凹部空間２１１を囲むように第１の窪み部ＫＢ１が設けられている。
この第１の窪み部ＫＢ１は、後述する蓋部材１３０の壁部１３０ｂと後述する封止部材ＨＢを接合する際に、第２の窪み部ＫＢ２より溢れ出た封止部材ＨＢが流れ込み、第１の凹部空間２１１内の圧電振動素子１２０に封止部材ＨＢが付着しないようする役割を果たしている。
また、第１の窪み部ＫＢ１の深さは、例えば２５μｍ〜５０μｍであり、後述する第２の窪み部ＫＢ２の深さの半分となる。

図４及び図５に示すように、前記枠部２１０ｂの前記第１の凹部空間２１１の開口側主面には、前記第１の窪み部ＫＢ１を囲むように第２の窪み部ＫＢ２が設けられている。また、この第２の窪み部ＫＢ２内には、後述する封止部材ＨＢが設けられている。
この第２の窪み部に、後述する蓋部材１３０の壁部１３０ｂが差し込むようにして、後蓋部材１３０と後述する封止部材ＨＢとが接合される。
また、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが第２の窪み部ＫＢ２に差し込むようにすることで、前記蓋部材１３０は、枠部２１０ｂに位置決めをすることができ、接合時に位置ずれを起こすことを防ぐことができる。また、第２の窪み部ＫＢ２の深さは、例えば５０μｍ〜１００μｍである。

前記第２の窪み部ＫＢ２の深さが５０μｍ未満であれば、蓋部材１３０を位置決めすることが困難となり、位置ずれを起こしてしまうものがあった。また、第２の窪み部ＫＢ２の深さが１００μｍ以上であれば、枠部１１０ｂの割れが生じてしまうものがあった。
前記第１の窪み部ＫＢ１は、第２の窪み部ＫＢ２の深さの半分であることにより、蓋部材１３０が位置ずれを起こし、第１の窪み部ＫＢ１と第２の窪み部ＫＢ２を隔てる枠部２１０ｂの隔壁に蓋部材１３０の壁部１３０ｂが強く接触しても枠部２１０ｂの割れを防ぐことができる。

また、図４及び図５に示すように、第１の凹部空間２１１内で露出した基板部２１０ａの一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド２１３が設けられている。
素子搭載部材２１０の枠部２１０ｃの他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子２１４が設けられている。
図５に示すように、第２の凹部空間２１６内で露出した基板部２１０ａの他方の主面には、複数の集積回路素子搭載パッド２１５と２個一対の圧電振動素子測定用パッド（図示せず）が形成されている。

蓋部材１３０は、蓋本体部１３０ａと壁部１３０ｂにより構成され、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）などからなる。
具体的には、蓋部材１３０の壁部１３０ｂは、所定雰囲気で、素子搭載部材２１０の枠部２１０ｂの第２の窪み部ＫＢ２に設けられている封止部材ＨＢ上に載置され、例えば、レーザやシーム溶接機及びハロゲンランプ等を用いることにより、前記封止部材ＨＢが溶融されることで接合される。

封止部材ＨＢは、中心が打ち抜かれた枠状になっており、前記第２の窪み部ＫＢ２内に設けられている。また、封止部材ＨＢは、例えば、ＡｇＣｕ、ＡｕＳｎ等のロウ材により形成されている。

このように本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスを構成しても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

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。

１１０、２１０・・・素子搭載部材
１１０ａ、２１０ａ・・・基板部
１１０ｂ、２１０ｂ、２１０ｃ・・・枠部
１１１、２１１・・・凹部空間（第１の凹部空間）
１１２、２１２・・・封止用導体膜
１１３、２１３・・・圧電振動素子搭載パッド
１１４、２１４・・・外部接続用電極端子
２１５・・・集積回路素子搭載パッド
２１６・・・第２の凹部空間
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・先端部
１２４・・・引き出し電極
１３０・・・蓋部材
１３０ａ・・・蓋本体部
１３０ｂ・・・壁部
ＨＢ・・・封止部材
２４０・・・集積回路素子
１５０・・・導電性接着剤
１００、２００・・・圧電デバイス
ＫＢ１・・・第１の窪み部
ＫＢ２・・・第２の窪み部

Claims (2)

1. 基板部とこの基板部の一方の主面に枠部が設けられて凹部空間が形成された素子搭載部材と、
   前記凹部空間に露出する基板部の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、
   前記凹部空間の開口側である前記枠部の主面に、前記凹部空間を囲むように設けられている第１の窪み部と、
   前記凹部空間の開口側である前記枠部の主面に、前記第１の窪み部を囲むように設けられている第２の窪み部と、
   前記第２の窪み部に設けられている封止部材と、
   蓋本体部と壁部で構成され、前記壁部が前記封止部材と接合され前記圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、を備えていることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記素子搭載部材に少なくとも発振回路を備えた集積回路素子を備え、前記集積回路素子と前記圧電振動素子とが電気的に接続された状態となっ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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