JP2011211339A

JP2011211339A - 圧電デバイス

Info

Publication number: JP2011211339A
Application number: JP2010074975A
Authority: JP
Inventors: Fumio Fujisaki; 文生藤崎
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】圧電振動素子の圧電振動部が素子搭載部材の凹部空間内底面に接触することを防ぎ、安定した発振周波数を出力することができる圧電デバイスの提供。
【解決手段】圧電デバイス１００は、凹部空間を有する素子搭載部材１１０と、凹部空間内に搭載される圧電振動素子１２０と、凹部空間を気密封止する蓋部材１３０と、を備える圧電デバイス１００であって、圧電振動素子１２０は、励振用電極が設けられている圧電振動部１２１と、圧電振動部を囲い、圧電振動部よりも薄くなるように設けられている圧電振動枠部１２２と、圧電振動枠部の一部に素子搭載部材の凹部空間内底面に向かって設けられている突起部１２３と、圧電振動枠部に形成される素子搭載部材接続電極１２５と、を備えている。
【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。

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。
従来の圧電振動子は、その例として素子搭載部材、圧電振動素子、蓋部材とから主に構成されている。
素子搭載部材は、基板部と枠部で主に構成されている。
この素子搭載部材は、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る。
その凹部空間内に露出する基板部の一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッドが設けられている。
また、基板部は、積層構造となっており、基板部の内層には、配線パターン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は、素子搭載部材の基板部の他方の主面に設けられている外部接続用電極端子と接続している。
これら圧電振動素子搭載パッド上には、導電性接着剤を介して電気的に接続される圧電振動素子が搭載されている。この圧電振動素子を囲繞する素子搭載部材の枠部の頂面には金属製の蓋部材が被せられ、前記枠部と接合されている。これにより、凹部空間が気密封止されている。

圧電振動素子は、圧電振動部の周囲に、前記圧電振動部の厚みより薄い枠部を一体で形成されており、前記圧電振動部の表裏主面上に励振用電極と、前記励振用電極から枠部を介して引き出した引出電極と、前記枠部の外周辺のうち一辺の短辺側の表裏縁部近傍に形成した前記引出電極と電気的に接続した素子搭載部材接続用電極とを形成することで構成されている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−２６７８８８号公報

しかしながら、従来の圧電デバイスでは小型化されると、素子搭載部材の凹部空間内に圧電振動素子の姿勢の保持と、圧電振動素子が他の部品に打ち付けられることを防止との役割を果たす枕部を設けることができないため、落下等の衝撃により、圧電振動素子の圧電振動部が素子搭載部材の凹部空間内底面に接触し、発振周波数が変動してしまうといった課題があった。
また、落下等の衝撃で圧電振動素子の圧電振動部が凹部空間Ｋ１内底面に接触した際に、圧電振動部に破損や欠けを生じ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、圧電振動素子の圧電振動部が素子搭載部材の凹部空間内底面に接触することを防ぎ、安定した発振周波数を出力することができる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、凹部空間を有する素子搭載部材と、凹部空間内に搭載される圧電振動素子と、凹部空間を気密封止する蓋部材と、を備える圧電デバイスであって、圧電振動素子は、励振用電極が設けられている圧電振動部と、圧電振動部を囲い、圧電振動部よりも薄くなるように設けられている圧電振動枠部と、圧電振動枠部の一部に素子搭載部材の凹部空間内底面に向かって設けられている突起部と、圧電振動枠部に形成される素子搭載部材接続電極と、を備え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、圧電振動素子は、励振用電極が設けられている圧電振動部と、圧電振動部を囲い、圧電振動子部よりも薄く形成される圧電振動枠部と、圧電振動枠部の一部に素子搭載部材の凹部空間内底面側に向かって設けられる突起部と、圧電振動枠部に設けられる素子搭載部材接続電極とを備えて構成されていることにより、落下等の衝撃で圧電振動素子の突起部が圧電振動部よりも先に凹部空間内底面に接触することになるので、圧電振動素子の圧電振動部が凹部空間内底面に接触することを防ぐことができる。よって、圧電デバイスは、発振周波数が変動することがなく、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
また、落下等の衝撃で圧電振動素子の圧電振動部が素子搭載部材の凹部空間内底面に接触することがないので、圧電振動部の破損や欠けを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。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３のＢ−Ｂ断面図である。本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスを構成する圧電振動素子を示す斜視図である。

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。
尚、説明を明りょうにするため説明に不必要な構造体の一部を図示していない。さらに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及び図２に示すように、圧電デバイス１００は、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０とから構成されている。この圧電発振器１００は、前記素子搭載部材１１０の一方の主面に凹部空間Ｋ１が形成され、前記素子搭載部材１１０の前記凹部空間Ｋ１内に前記圧電振動素子１２０が搭載され、前記蓋部材１３０によって圧電振動素子２０が搭載された凹部空間Ｋ１を気密封止し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、圧電振動部１２１と、圧電振動枠部１２２と、突起部１２３と、励振用電極１２４と、素子搭載部材接続用電極１２５により構成されている。
前記圧電振動部１２１は、圧電振動素子１２０の所定の位置に凸形状になるように設けられており、凸形状の両主面に励振用電極１２４が形成されている。また圧電振動部１２１の振動モードは厚みすべり振動である。

圧電振動枠部１２２は、前記圧電振動部１２１を囲い、前記圧電振動部１２１よりも薄くなるように設けられている。また、前記圧電振動枠部１２２の表面には素子搭載部材接続電極１２５が設けられている。前記圧電振動枠部１２２は、前記圧電振動子部１２１の厚みよりも薄くなっている。

突起部１２３は、前記圧電振動枠部１２２の一部に前記素子搭載部材１１０の凹部空間Ｋ１内底面側に向かって設けられている。つまり、前記突起部１２３は、前記圧電振動素子１２０の先端側に位置する前記圧電振動枠部１２２に設けられている。
また、突起部１２３の厚みは、圧電振動部１２１の圧電振動枠部１２２よりも凹部空間内Ｋ１底面側に突出している部分の厚みよりも厚くなっている。つまり、凹部空間Ｋ１内底面の基板部１１０ａと対向する前記突起部１２３の面は、圧電振動部１２１の励振用電極１２４が設けられ、凹部空間Ｋ１内底面の基板部１１０ａと対向する圧電振動部１２１の面よりも凹部空間Ｋ１内底面に近づくようにして設けられている。

励振用電極１２４は、前記圧電振動部１２１の表裏両主面に金属膜を積層するようにして被着・形成したものである。
尚、励振用電極１２４は、第１の金属膜であるクロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）が下地として形成され、第１の金属膜の上面に第２の金属膜である金（Ａｕ）が積層するように形成されている。第１の金属膜と第２の金属膜の接合力を上げるためにニッケル（Ｎｉ）を第１の金属膜と第２の金属膜の間に形成する場合もある。

素子搭載部材接続電極１２５は、前記圧電振動枠部１２２の両主面に形成されており、前記励振用電極１２４から圧電振動枠部１２２上に引き出された引き出し電極１２６を介して、前記励振用電極１２４と接続されている。

引き出し電極１２６は、前記突起部１２３にかからないようにして、引き出されている。
また、前記圧電振動部１２１と、前記圧電振動枠部１２２と、前記突起部１２３は一体形成されている。

前記圧電振動素子１２０を製造する方法としては、突起部１２３となる部分の厚みが一番厚くなるように、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて製造される。
突起部１２３が、水晶ウエハの厚みを厚さとし、後述する素子搭載部材１１０の凹部空間Ｋ１内底面に向かう位置になるように、平板形状の水晶ウエハの主面側にフォトリソグラフィ法及びエッチング法により設けられる。
次に、圧電振動部１２１は、前記突起部１２３を残して、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を行うことより、厚みすべり振動モードで所望する周波数を励振する厚みにまで厚み加工することで設けられる。
更に、圧電振動枠部１２２は、前記突起部１２３と前記圧電振動部１２１を残して、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を行うことにより、前記圧電振動部１２１の周囲に設けられる。
これにより、圧電振動部１２１と、圧電振動枠部１２２と、突起部１２３とが一体的に設けられる。

このような圧電振動素子１２０は、枠部１２２の両主面に被着されている素子搭載部材接続電極１２５と後述する素子搭載部材１１０の凹部空間Ｋ１内に設けられた圧電振動素子搭載パッド１１１とを、導電性接着剤ＤＳを介して電気的且つ機械的に接続されることによって搭載される。

素子搭載部材１１０は、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１１１と、外部接続用電極端子Ｇ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Ｋ１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ＨＭの主面にロウ付けなどにより接合される。
凹部空間Ｋ１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１１１が設けられている。
更に、前記素子搭載部材１１０の他方の主面には外部接続用電極端子Ｇである例えば水晶端子やグランド端子が設けられている。

また、蓋部材１３０は、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。このような蓋部材１３０は、凹部空間Ｋ１を、窒素ガス雰囲気中や真空雰囲気中などで気密封止される。具体的には、蓋部材１３０は、窒素雰囲気中や真空雰囲気中で、素子搭載部材１１０の枠部１１０ｂ上に載置され、枠部１１０ｂの表面の金属と蓋部材１３０の金属の一部とが溶接されるように所定電流を印加してシーム溶接を行うことにより、枠部１１０ｂに接合される。
尚、蓋部材１３０の一方の主面に、凹部を形成したものを用いても良い。

導電性接着剤ＤＳは、シリコーン樹脂の中に導電性フィラーが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）、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、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外部接続用電極端子Ｇ、圧電振動素子搭載パッド１１１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。

このように本発明の圧電デバイス１００によれば、圧電振動素子１２０は、励振用電極１２４が設けられている圧電振動部１２１と、前記圧電振動部１２１を囲い、前記圧電振動子部１２１よりも薄くなるように設けられている圧電振動枠部１２２と、前記圧電振動枠部１２２の一部に素子搭載部材１１０の凹部空間Ｋ１内底面側に向かって設けられる突起部１２３と、前記圧電振動枠部１２２に設けられる素子搭載部材接続電極１２５とを備えて構成されていることにより、落下等の衝撃で前記突起部１２３が前記圧電振動部１２１よりも先に凹部空間Ｋ１内底面に接触することになるので、前記圧電振動部１２１が凹部空間Ｋ１内底面に接触することを防ぐことができる。よって、圧電デバイス１００は、発振周波数が変動することがなく、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
また、本発明の圧電デバイス１００は、落下等の衝撃で圧電振動素子１２０の圧電振動部１２１が素子搭載部材１１０の凹部空間Ｋ１内底面に接触することがないので、圧電振動部１２１の破損や欠けを防止することができる。

また、本発明の圧電デバイスは、落下等の衝撃で圧電振動素子１２０の突起部１２３が凹部空間Ｋ１内底面に打ちつけられても、前記圧電振動素子１２０の突起部１２３に厚みがあるため、従来の圧電振動素子と比べ剛性が高くなり、圧電振動素子１２０の破損や欠けを防止することが可能となる。

（第２の実施形態）
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Ｋ２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。

本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器２００は、図３及び図４に示すように、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Ｋ２内に集積回路素子２４０が搭載され、その圧電振動素子１２０が蓋部材１３０により気密封止された構造となっている。

また、図３及び図４に示す集積回路素子２４０は、その内部に設けられた回路形成面に圧電振動素子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Ｇを介して圧電発振器２００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は、図４に示すように、素子搭載部材２１０の第２の凹部空間Ｋ２内底面に設けられた集積回路素子搭載パッド２１２に搭載されている。

図３及び図４示すように、素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａと、枠部２１０ｂ、２１０ｃ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Ｋ１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Ｋ２が形成されている。
図３及び図４に示すように、第１の凹部空間Ｋ１内で露出した基板部２１０ａの一方の主面には、圧電振動素子搭載パッド２１１が設けられている。
図３及び図４に示すように、第２の凹部空間Ｋ２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２１２と２個一対の圧電振動素子測定用パッド（図示せず）が設けられている。

また、集積回路素子搭載パッド２１２は、集積回路素子２５０に形成されている接続パッドが電気的且つ機械的に接続され、前記素子搭載部材２１０内部に形成されている配線導体やビアホール導体等を介して外部接続用電極端子Ｇのうちの例えば、発振出力端子、発振制御端子、電源電圧端子、グランド端子に電気的に接続される。

本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスによれば、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（第３の実施形態）
圧電振動素子２０の凸部２２が複数個形成されている点で第１の実施形態と異なる。
図５に示すように、圧電振動素子１２０の突起部１２３が複数個形成されていることで、落下等の衝撃で圧電振動素子１２０が凹部空間内底面に接触することを防ぎ、発振周波数が変動することを防ぐことができる。

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。

１１０、２１０・・・素子搭載部材
１１０ａ、２１０ａ・・・基板部
１１０ｂ、２１０ｂ・・・枠部
１１１，２１１・・・圧電振動素子搭載パッド
２１２・・・集積回路素子搭載パッド
１２０・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
１２１・・・圧電振動部
１２２・・・圧電振動枠部
１２３・・・突起部
１２４・・・励振用電極
１２５・・・素子搭載部材接続用電極
１２６・・・引き出し電極
１３０・・・蓋部材
ＤＳ・・・導電性接着剤
Ｋ１・・・凹部空間（第１の凹部空間）
Ｋ２・・・第２の凹部空間
Ｇ・・・外部接続用電極端子
１００、２００・・・圧電デバイス

Claims

凹部空間を有する素子搭載部材と、
前記凹部空間内に搭載される圧電振動素子と、
前記凹部空間を気密封止する蓋部材と、を備える圧電デバイスであって、
前記圧電振動素子は、励振用電極が設けられている圧電振動部と、
前記圧電振動部を囲い、前記圧電振動部よりも薄くなるように設けられている圧電振動枠部と、
前記圧電振動枠部の一部に前記素子搭載部材の凹部空間内底面に向かって設けられている突起部と、
前記圧電振動枠部に形成される素子搭載部材接続電極と、を備えて構成されていることを特徴とする圧電デバイス。