JP2011035547A

JP2011035547A - 圧電デバイス

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Publication number: JP2011035547A
Application number: JP2009178047A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kobayashi; 宏和小林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP5368208B2

Abstract

【課題】厚みの制約を少なくし、容易に温度特性などの測定が行えるようにする。
【解決手段】振動部と保持部とからなり、振動部に一対の励振電極を有しつつ保持部に一対の搭載用端子を有した圧電振動素子と、平板状に形成され、圧電振動素子が搭載される一対の圧電振動素子搭載パッドとこの圧電振動素子搭載パッドに電気的に接続している圧電振動素子接続外部端子と少なくとも２つ一対の引回し用外部端子とが一方の主面に設けられ、前記圧電振動素子搭載パッドに電気的に接続する一対の調整用端子と前記一対の引回し用外部端子をつなぐ導通パターンとが他方の主面に設けられた素子搭載部材と、凹部を有し、この凹部内に圧電振動素子を収容する蓋部材と、素子搭載部材の他方の主面に設けられた少なくとも調整用端子を覆う保護膜と、を備えて構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電デバイスに関する。

従来から、電子機器には電子部品を搭載したマザーボードなどの配線基板が用いられている。この配線基板には、金属膜からなる導通パターンが形成されており、この導通パターンに半田等でコンデンサ等のチップ部品を接合することで電子基板に電子部品を搭載している。
また、電子部品は、チップ部品の他に、平板状の素子搭載部材に各種素子を搭載して凹部を有する蓋部材で凹部を封止した構造の圧電振動子やこのような圧電振動子に少なくとも発振回路を備えた集積回路が接続された圧電発振器といった電子部品が含まれる。

ここで、圧電振動子に用いられる素子搭載部材と蓋部材について説明する。
例えば、素子搭載部材は、平板状に形成されており、後述する蓋部材と接合する面に金属膜が設けられている。また、この金属膜よりも内側に圧電振動素子を搭載するための圧電振動素子搭載パッドが設けられている。また、この金属膜が設けられる主面とは反対側の主面にマザーボードなどの配線基板に実装するための外部端子が設けられている。この外部端子は、内部配線パターンを介して圧電振動素子搭載パッドと接続している。このような素子搭載部材は、複数連なった状態でウェハとなっている。このようなウェハは、それぞれの素子搭載部材となる部分に、金属膜、搭載パッド、外部端子が設けられている。
また、蓋部材は、内部に圧電振動素子を封止することができる程度の大きさを有する凹部が設けられており、素子搭載部材と接合する面に封止材からなる金属膜が設けられている。このような蓋部材は、複数連なった状態でウェハとなっている。このようなウェハは、それぞれ蓋部材となる部分に、金属膜が設けられている。

ここで、圧電振動子は、以下の工程を経て製造される。
まず、素子搭載部材に設けられた圧電振動素子搭載パッドに圧電振動素子を導電性接着剤を介して搭載し、この状態で蓋部材の凹部内に圧電振動素子が入るように蓋部材を素子搭載部材に重ねる。
素子搭載部材と蓋部材とが重なった状態で、例えば、３００℃〜３５０℃で加熱して、素子搭載部材と蓋部材とを接合して１つのウェハに複数の圧電振動子が設けられた状態にする。
その後、各圧電振動子の境目で切断して個片化された圧電振動子とする（例えば、特許文献１参照）。

また、同様な構造の圧電振動子において、接合用の金属膜を用いずに、ウェハの状態の素子搭載部材と蓋部材とを接合した圧電振動子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
素子搭載部材と蓋部材との接合は、直接接合により行われている。この接合を行うときの温度は、２００℃〜５００℃とされている。
このように、ウェハの状態で接合を行い、各圧電振動子となっている部分で切断して、個片化された圧電振動子としている。

ところで、電子機器の小型化が進む中、その電子機器に用いられる電子部品も小型化に対応できるよう、種々の提案がなされている。
例えば、圧電振動子の場合、特許文献３に示すような圧電振動子が提案されている。
この圧電振動子は、圧電振動素子を搭載する素子搭載部材が蓋部材よりも平面積が大きく形成されている。この素子搭載部材は、一方の主面に蓋部材が接合され、その一方の主面の残された部分に外部端子が設けられている。この外部端子は、例えば、マザーボードなどに導電性接着剤や半田などを用いて接合されて電気的に接続した状態となる。
このような構造の圧電振動子は、マザーボードに搭載される場合、蓋部材を囲える大きさの開口部がマザーボードに形成されており、圧電振動子に設けられた外部端子に対応させた接続端子がその開口部の周りに設けられている。
これにより、圧電振動子は、マザーボードの開口部内に圧電振動子の蓋部材を挿入した状態で外部端子をマザーボードの接続端子に接合されて用いられる。
これにより、蓋部材が突起した状態の圧電振動子の構造となってもマザーボードに搭載することができる。

このような圧電振動子は、温度と周波数変化率との関係（以下、「温度特性」という。）などを測定する際、素子搭載部材に搭載された圧電振動素子を蓋部材で気密封止した後、圧電振動素子と電気的に接続している外部端子にコンタクトピンを当てて行われる。

特開２００６−２７９８７２号公報特開２００６−３３９８９６号公報特開２００８−２５２４６７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２で提案されているような構造の圧電振動子は、素子搭載部材と蓋部材との厚みにより、電子機器の小型化に対応できなくなる恐れがある。
また、特許文献３で提案されているような構造の圧電振動子は、外部端子の面積が小さいためにコンタクトピンが当てにくく、温度特性などの測定が行いにくくなる恐れがある。また、コンタクトピンが当てられたとしても作業性が悪く、生産コストを増大させる恐れもある。
また、蓋部材で気密封止した後、圧電振動素子搭載パッドと接続している外部端子の判別が困難となり、測定が完了するまでに多くの時間を費やす恐れもある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、厚みの制約を少なくし、容易に温度特性などの測定が行える圧電デバイスを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、振動部と保持部とならなり、振動部に一対の励振電極を有しつつ保持部に一対の搭載用端子を有した圧電振動素子と、平板状に形成され、圧電振動素子が搭載される一対の圧電振動素子搭載パッドとこの圧電振動素子搭載パッドに電気的に接続している圧電振動素子接続外部端子と少なくとも２つ一対の引回し用外部端子とが一方の主面に設けられ、前記圧電振動素子搭載パッドに電気的に接続する一対の調整用端子と前記一対の引回し用外部端子をつなぐ導通パターンとが他方の主面に設けられた素子搭載部材と、凹部を有し、この凹部内に前記圧電振動素子を収容する蓋部材と、前記素子搭載部材の他方の主面に設けられた少なくとも調整用端子を覆う保護膜と、を備えて構成されることを特徴とする圧電デバイスである。

このような圧電デバイスによれば、圧電振動素子搭載パッドと電気的に接続する調整用端子が、素子搭載部材の蓋部材が接合される主面とは反対側の主面に設けられるので、圧電振動素子と電気的に接続していることとして認識しやすく、また、測定を容易に行うことができる。
また、素子搭載部材の調整用端子が設けられる主面に保護膜が設けられるので、調整用端子が短絡するのを防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す概念図である。本発明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。本発明の実施形態に係る圧電デバイスに用いられる素子搭載部材の一例を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る圧電デバイスを配線基板に実装した状態の一例を示す概念図である。本発明の実施形態に係る圧電デバイスの変形例に用いられる素子搭載部材の一例を示す斜視図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。

図１は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す概念図である。図２は、本発明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３は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスに用いられる素子搭載部材の一例を示す斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを配線基板に実装した状態の一例を示す概念図である。
図１〜図３に示すように、本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００は、素子搭載部材１０Ａと圧電振動素子２０と蓋部材３０と保護膜４０とから主に構成されている。

図１〜図３に示すように、素子搭載部材１０Ａは、一方の主面に圧電振動素子搭載パッド１２Ａと圧電振動素子接続外部端子１２Ｂと引回し用外部端子１３Ａとが設けられ、他方の主面に調整用端子１２Ｃと導通パターン１３Ｂ，１３Ｃとが設けられている。
この素子搭載部材１０Ａは、平面視で四角形状に形成された板状部材であって、例えば、セラミックやガラスセラミックなどの材料を用いて形成されている。また、素子搭載部材１０Ａには、圧電振動素子搭載パッド１２Ａが設けられる主面に後述する蓋部材３０が接合される（図１参照）。図２に示すように、この蓋部材３０を接合するために、素子搭載部材１０Ａの一方の主面には、蓋部材３０で囲まれる範囲内に２つ一対の圧電振動素子搭載パッド１２Ａが並んで設けられ、蓋部材３０と接触しない位置であって素子搭載部材１０Ａの縁側に圧電振動素子接続外部端子１２Ｂと引回し用外部端子１３Ａとが設けられている。

なお、圧電振動素子接続外部端子１２Ｂは、例えば、圧電振動素子搭載パッド１２Ａに最も近い素子搭載部材１０Ａの隅部側に設けられる。つまり、それぞれの圧電振動素子接続外部端子１２Ｂは、２つ一対の圧電振動素子搭載パッド１２Ａが素子搭載部材１０Ａの四隅のうち、隣り合う２つの隅部側に並んで設けられる場合、これら圧電振動素子搭載パッド１２Ａに近い位置で、かつ、素子搭載部材１０Ａの隅部側に位置するように設けられる。
また、引回し用外部端子１３Ａは、素子搭載部材１０Ａの残りの隅部側と、１辺の中間部分とにそれぞれ設けられている。

圧電振動素子搭載パッド１２Ａは、圧電振動素子接続外部端子１２Ｂと電気的に接続しつつ、この圧電振動素子接続外部端子１２Ｂを介して調整用端子１２Ｃ（図３参照）と電気的に接続している。
図４に示すように、圧電振動素子接続外部端子１２Ｂは、圧電振動素子搭載パッド１２Ａと調整用端子１２Ｃとに接続した状態で、電子機器に用いられる配線基板ＭＢへの搭載に用いられる。

図３に示すように、調整用端子１２Ｃは、圧電振動素子接続外部端子１２Ｂを介して圧電振動素子２０の周波数の測定や周波数の調整に用いられる。この際、圧電振動素子２０の周波数の調整は、調整用端子１２Ｃをレーザー等で削ったり、従来周知のスパッタや蒸着により金属材料を付加することで行われる。

また、２つ一対の調整用端子１２Ｃは、素子搭載部材１０Ａの圧電振動素子搭載パッド１２Ａが設けられている一方の主面とは反対側の他方の主面に設けられており、その他方の主面において、互いに接触しない大きさで形成されている。
このように構成される調整用端子１２Ｃは、素子搭載部材１０Ａの主面に広く形成でき、かつ、突起のない平面に設けられるので、圧電振動素子２０の周波数の測定や周波数の調整を容易に行うことができる。

引回し用外部端子１３Ａは、電子機器に用いられる配線基板ＭＢへの搭載に用いられる。この際、引回し用外部端子１３Ａは、２つ一対で用いられ、素子搭載部材１０Ａの他方の主面に設けられた導通パターン１３Ｂ，１３Ｃにより、回路の経路として用いられる。

例えば、図２及び図３に示すように、２つ一対の引回し用外部端子１３Ａは、蓋部材３０を間に挟む位置同士で組み合わされ、例えば、導通パターン１３Ｂにより電気的に接続した状態とすることができる。
また、この導通パターン１３Ｂは、途中で切断されて、切断した端部に他の導通パターン１３Ｃを設けた状態とすることができる。
この場合、２つの導通パターン１３Ｃにコンデンサなどの電子部品Ｂ（図４参照）を搭載して電気的に接続した状態にさせることができる。

圧電振動素子２０は、例えば、平面視矩形形状の圧電片２１の両主面に励振電極２２が設けられており、それぞれの主面に設けられた励振電極２２からこの圧電片２１の端部側に伸びる引回しパターン２３が形成されて構成されている（図１参照）。
なお、この圧電振動素子２０において、励振電極２２が設けられる部分を振動部とし、引回しパターン２３が形成される圧電片２１の端部を保持部とし、圧電片２１の端部に位置する引回しパターン２３を搭載端子とする。また、圧電片には、水晶などの圧電材料が用いられる。
この圧電振動素子２０は、励振電極２２と接続している引回しパターン２３と素子搭載部材１０Ａに設けられた圧電振動素子搭載パッド１２Ａに導電性接着材Ｄにより接合される。
これにより、圧電振動素子２０は素子搭載部材１０Ａに搭載される。

蓋部材３０は、素子搭載部材１０Ａよりも平面積が小さく形成され、圧電振動素子２０を覆える大きさの凹部３１を有して構成されている。
この蓋部材３０は、凹部３１内に２つ一対の圧電振動素子搭載パッド１２Ａが入りつつ、圧電振動素子接続外部端子１２Ｂと引回し用外部端子１３Ａとに接触しない大きさで形成されている。

蓋部材３０は、素子搭載部材１０Ａに圧電振動素子２０が搭載された状態で、かつ、凹部３１で圧電振動素子２０を覆った状態で素子搭載部材１０Ａに接合される。
蓋部材３０と素子搭載部材１０Ａとの接合は、例えば、樹脂を用いて接合することができる。これにより、容易に蓋部材３０を素子搭載部材１０Ａに接合することができる。

保護膜４０は、蓋部材３０で圧電振動素子２０を気密封止した後に行われる調整用端子１２Ｃを用いた測定及び調整が終了した後に、その調整端子１２Ｃに設けられる。
この保護膜４０は、樹脂が用いられ、圧電振動素子２０と電気的に接続している調整用端子１２Ｃの上に設けられることで、圧電振動素子２０の周波数の変動を防ぐ役割を果たす。例えば、保護膜４０が調整用端子１２Ｃ上に設けられていることにより、導通材料が調整用端子１２Ｃ間に、見かけ上、ショートするように付着しても、保護膜４０が通電を遮るため、調整用端子１２Ｃ間のショートを防ぐことができる。

また、保護膜４０が設けられていることにより、本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００を電子機器の配線基板ＭＢに搭載する際に、調整用端子１２Ｃが削れることがないので、周波数の変動を起こさせないようにすることができる。
なお、図３に示すように、保護膜４０は、素子搭載部材１０Ａの他方の主面において、導通パターン１３Ｃを残して、他の面の全面に設けても良い。

これにより、本発明の実施形態に係る圧電デバイス１００は、周波数の変動を起こすことなく電子機器の配線基板ＭＢに搭載することができる。
また、素子搭載部材１０Ａの他方の主面、つまり、調整用端子１２Ｃが設けられる主面において、その調整用端子１２Ｃの他に導通パターン１３Ｂ，１３Ｃを設けることにより、配線基板ＭＢの回路の経路を部分的に形成することもできるので、配線基板の設計の自由度を向上させることもできる。
また、配線基板ＭＢに蓋部材３０が挿入できる程度の凹部又は貫通穴を設けておくことにより、本発明の圧電デバイス１００は、蓋部材３０を凹部又は貫通孔に挿入した状態で配線基板に実装することができるので、配線基板ＭＢに実装した後に出っ張る部分を小さくすること、つまり、厚みの制約を少なくすることができる。

（変形例）
本発明の実施形態に係る圧電デバイスの変形例は、図５に示すように、素子搭載部材１０Ｂの他方の主面に設けられるそれぞれの導通パターン１３Ｂが途中で切断されて、各切断された端部に導通パターン１３Ｃが設けられている点で前記実施形態と異なる。

例えば、素子搭載部材１０Ｂの一方の主面に設けられる２組ある２つ一対の引回し用外部端子１３Ａ（図２参照）について、図５に示すように、それぞれの引回し用外部端子１３Ａ，１３Ａを結ぶ導通パターン１３Ｂの途中が切断されている。導通パターン１３Ｂの切断された端部に、それぞれ導通パターン１３Ｃが設けられている。このように電子デバイスの変形例を構成しても、これら導通パターン１３Ｃにコンデンサなどの電子部品Ｂを搭載して配線基板ＭＢの回路の一部とすることができる。

なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、導通パターンは、どのように引回しても本発明と同様の効果を奏する。
また、圧電振動素子は、水晶のほか、圧電セラミックやタンタル酸リチウムなどの圧電材料を用いることができる。
また、圧電振動素子の形状は、平板形状のほか、圧電片に凹部が形成されて振動部となる構造や、圧電片に凸部が形成されて振動部となる構造や、円板型や、音叉型などの素子形状を用いることができる。
また、圧電振動素子に水晶が用いられる場合、ＡＴカットや、ＳＴカットなどの種々のカットアングルの水晶片を圧電片として用いることもできる。

１００圧電デバイス
１０Ａ、１０Ｂ素子搭載部材
１２Ａ圧電振動素子搭載パッド
１２Ｂ圧電振動素子接続外部端子
１２Ｃ調整用端子
１３Ａ引回し用外部端子
１３Ｂ，１３Ｃ導通パターン
２０圧電振動素子
２１圧電片
２２励振電極
２３引回しパターン
３０蓋部材
３１凹部
４０保護膜

Claims

振動部と保持部とからなり、振動部に一対の励振電極を有しつつ保持部に一対の搭載用端子を有した圧電振動素子と、
平板状に形成され、前記圧電振動素子が搭載される一対の圧電振動素子搭載パッドとこの圧電振動素子搭載パッドに電気的に接続している圧電振動素子接続外部端子と少なくとも２つ一対の引回し用外部端子とが一方の主面に設けられ、前記圧電振動素子搭載パッドに電気的に接続する一対の調整用端子と前記一対の引回し用外部端子をつなぐ導通パターンとが他方の主面に設けられた素子搭載部材と、
凹部を有し、この凹部内に前記圧電振動素子を収容する蓋部材と、
前記素子搭載部材の他方の主面に設けられた少なくとも調整用端子を覆う保護膜と、
を備えて構成されることを特徴とする圧電デバイス。