JP2012070258A - 表面実装型圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動片の小形化を実現しながら耐衝撃性能と電気的特性の優れた表面実装型圧電振動デバイスを提供する。
【解決手段】 圧電振動片２とベース４と蓋５とを有してなる表面実装型圧電振動デバイスであって、前記ベースの収納部には前記圧電振動片の一端辺２１が搭載される電極パッド５１を有する保持台４２と当該圧電振動片の他端辺２２が配置される補助保持台４３とを具備し、前記電極パッドの上面には前記圧電振動片の一端辺の外周近傍に設けられた堤部５１１と、前記圧電振動片の保持台側の主面と接触する凸部５１２とを具備してなり、高さが補助保持台＞堤部＞凸部として構成され、前記圧電振動片の保持台側の導電性樹脂接着剤Ｄのみにより前記圧電振動片と保持台の電極パッドとが接合され、当該電極パッドから補助保持台にかけて圧電振動片の他端辺がベース開口部に次第に近接した状態で保持した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動子や圧電発振器などの表面実装型圧電振動デバイスに関する。

従来の表面実装型圧電振動デバイスには、例えば、以下に示すような構成からなる表面実装型水晶振動子がある。この表面実装型水晶振動子はその筐体がベースと蓋とから構成されてなり、ベースの内部の収納部には例えばＡＴカット水晶振動片が搭載されている。ベースは一面を開口させた箱型状体からなり、このベースの収納部の底面の一側部には水晶振動片を搭載支持する一対の保持台が設けられている。この一対の保持台には下記する水晶振動片の励振電極と導電性樹脂接着剤を介して導通する電極パッドが形成されている。蓋は板状体からなり、この蓋の外周縁部がベースの開口面と接合してベース内部が気密封止される。水晶振動片はＸ軸方向の辺とＺ'軸方向の辺とから構成される矩形状の水晶振動片からなる。この水晶振動片の長辺軸の指定は、一般的に、保持形態により選択されている。車載向けなどの耐衝撃性が求められるものでは、長辺側の両端を保持するために、長辺側の保持の影響が少ないＺ'軸方向を長辺とするものが多い。これに対して、Ｘ軸方向を長辺とするものでは、長辺側の保持の影響を受けやすいので片端側で保持する一方、水晶振動片の励振電極を大きく形成することができるので、励振領域を広くし、直列共振抵抗を改善したり、周波数可変量を広くすることができる。ＡＴカット水晶振動片を用いた厚み振動系水晶振動子は、一般に水晶振動片の表裏面に一対の励振電極を正対向して形成し、当該励振電極に交流電圧を印加する構成である。つまり、水晶振動片の両主面には励振電極と、この励振電極を外部電極（支持体に形成された電極）と導通するための接続電極と、励振電極を接続電極に導通させるための引出電極が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１７９７８号公報

近年、電子機器の小型化が進んでおり、この小型化にともない上記したような表面実装型圧電振動デバイスも小型化が進められている。特に、前記圧電振動片の他端辺を前記ベースの収納部の底面から隙間を設けながら、前記圧電振動片の対向する一端辺を前記ベースの保持台に接合してなる片持ち保持構造のものでは、圧電振動片の保持領域を縮小化することもできるので、表面実装型圧電振動デバイスのさらなる小形化にも対応できる。しかしながら、ベースに圧電振動片を接合するための配線パターン等の間隔も近接して形成されているのが現状である。このように片持ち保持構造での配線パターンでは、お互いの配線パターン間での短絡の問題や、圧電振動片の振動阻害要因をなくすため、導電性樹脂接着剤の塗布量も少なくする必要があった。その結果耐衝撃性能が低下することが懸念されていた。また圧電振動片の励振領域を阻害しないように保持領域である前記接続電極の面積を小さくすると、圧電振動片の表裏面の励振電極に対する接続電極による引き回し領域も小さくなり、導通抵抗が低下するといった問題もあった。圧電振動片の稜で引き回し電極の電極切れが発生した場合、接続電極が断線して圧電振動子の不発振を招く危険性が懸念される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電振動片の小形化を実現しながら耐衝撃性能と電気的特性の優れた表面実装型圧電振動デバイスを提供することを目的する。

上記の目的を達成するため、矩形状で励振電極が形成された圧電振動片と、外壁部と開口部と内部の収納部が形成された絶縁性のベースと、前記ベースの開口部を覆う蓋とを有し、ベースの開口部に蓋を被せて気密封止してなる表面実装型圧電振動デバイスであって、前記ベースの内部の収納部には前記圧電振動片の一端辺の一部が搭載される導電性の電極パッドが形成された保持台と、当該圧電振動片の一端辺と対向する他端辺が配置される補助保持台とを具備し、前記電極パッドの上面には前記圧電振動片の一端辺の外周近傍に設けられ当該圧電振動片の一端辺と接触しない堤部と、前記圧電振動片の一端辺から他端辺よりの位置に設けられ当該圧電振動片の保持台側の主面と接触する凸部とを具備してなり、補助保持台と堤部と凸部とのベースの開口部へ向かう各々の高さは、補助保持台＞堤部＞凸部として構成されており、前記圧電振動片の保持台側に形成された導電性樹脂接着剤のみにより前記圧電振動片と保持台の電極パッドとが接合され、当該電極パッドから補助保持台にかけて圧電振動片の他端辺がベース開口部に次第に近接した状態で保持されてなることを特徴とする。

本発明の構成によれば、前記導電性樹脂接着剤が前記電極パッドの上面に形成された堤部と凸部の間以外の領域へ必要以上に流れ出さないように溜め込むことができる。このように溜め込まれた導電性樹脂接着剤の一部は前記電極パッドの凸部によって圧電振動片の保持台側の主面と保持台との間に隙間にも溜まり、導電性樹脂接着剤の接着量も安定するので、導電性樹脂接着剤の塗布量を少なくしても圧電振動片と電極パッドとの接合強度を高めることができる。また前記補助保持台から電極パッドの凸部にかけて圧電振動片が傾斜した状態で配置され、圧電振動片の一端辺が電極パッドの堤部に溜め込まれた導電性樹脂接着剤に食い込むように接合されるため、圧電振動片の一端辺の表裏主面に導電性樹脂接着剤が確実に回り込み、圧電振動片の表裏主面間での電気的な導通性能を高めることができるだけでなく、圧電振動片と電極パッドとの接合強度も同時に向上させることができる。

本発明によれば、圧電振動片の小形化を実現しながら耐衝撃性能と電気的特性の優れた表面実装型圧電振動デバイスを提供することができる。

本発明の実施形態にかかる表面実装型水晶発振器の断面図。 図１の水晶振動片を搭載する前の平面図。 図１の水晶振動片を搭載した後の平面図。

以下、本発明の実施形態について表面実装型水晶発振器（表面実装型圧電振動デバイス）を例にしながら図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態にかかる表面実装型水晶発振器の概略構成を示した図であり、図２は図１の水晶振動片を搭載する前の平面図であり、図３は図１の水晶振動片を搭載した後の平面図である。

本発明の実施形態にかかる表面実装型水晶発振器１は、水晶振動片（圧電振動片）２と集積回路素子としてのＩＣチップ（電子部品）３と、これらを配置して保持するベース４と、ベース４と接合してベース４に配置保持した水晶振動片２とＩＣチップ３を気密封止するための図示しない蓋５とを含む構成とである。以下、この表面実装型水晶発振器の各構成について説明する。

水晶振動片２は、ＡＴカットの水晶片からなり、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形され、一端辺２１と他端辺２２、一端辺と他端辺をつなぐ側端辺２３，２４を有している。この水晶振動片２の両主面には、それぞれ励振電極２５と、これらの励振電極２５を外部電極と電気的に接続するための接続電極２６と、励振電極２５を接続電極に引き出すための引出電極２７とが形成されている。なお、励振電極２５，接続電極２６，および引出電極２７は、真空蒸着法やスパッタリング法により形成され、例えば、水晶振動片側からクロム、金の順か、クロム、銀の順、あるいはクロム、金、クロムの順か、クロム、銀、クロムの順、あるいはクロム、金、銀の順に積層して形成されている。なお下地電極についてはクロムにかえてニッケルなどを用いてもよい。

ＩＣチップ３は、水晶振動片２とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子であり、その上面あるいは底面に接続端子が複数形成されている。本実施形態では、ＩＣチップ３にベアチップを採用しており、ワイヤボンディング工法で接続されるＩＣチップ３を例示しているので、上面にワイヤが接続される接続端子が複数形成されており、底面では図示しない接合材によりベース４と接合されている。なお、ＩＣチップ３としてはワイヤボンディング工法に限るものではなく、ＦＣＢ工法により接続されるものを採用してもよい。この場合、ＩＣチップ３の底面に複数の接続端子が形成されており、金などからなる金属バンプを介してベース４に形成された複数の電極パッドと電気機械的に接合する。

ベース４は、全体として直方体で、アルミナ等のセラミックからなる絶縁性材料とタングステン等の導電材料を適宜積層した構成からなる。このベース４は、箱状体に形成され、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、所定形状からなる導電材料および中空を有するセラミック材料を積層して断面視略凹状に一体的に焼成されている。また、中空を有するセラミック材料は、平面視矩形状の一枚板のセラミック材料の表面外周に沿って成形されている。この中空が積層されて断面凹状の収納部４０を構成し、当該収納部４０はベースの底面側に配置されＩＣチップ３が収納される中空の小さな第１の収納部４０１と、ベースの上面側に配置され水晶振動片２が収納される中空の大きな第２の収納部４０２とからなっている。また第１の収納部４０１はベース４の短辺方向の中心線に対して一方に偏った状態で形成されており、ＩＣチップ３とのワイヤボンディングの位置に対応させている。収納部４０の周囲には堤部４１（外壁部）が形成されており、堤部４１の上面は平坦で、蓋との接合領域４１１であり、この接合領域４１１には、蓋５と接合するための封止用金属層が設けられている。

本実施形態では、ワイヤボンディング工法で接続されるＩＣチップ３を例示しているので、前記第１の収納部４０１と第２の収納部４０２の間には、第１の収納部４０１より中空が大きく第２の収納部４０２より中空の小さい中間層４０３が形成されている。第１の収納部と同じセラミック材料の積層部分である上面の一部が中間層４０３の内底面として露出して構成され、後述する電極パターンが上面に形成されている。第２の収納部４０２には、中空の大きな第２の収納部４０２に対して中空の小さな第１の収納部４０１に隣接するとともに、中間層４０３と同じセラミック材料の積層部分である上面の一部が第２の収納部の内底面として露出して構成され、水晶振動片２の一端辺２１が搭載される保持台４２と水晶振動片２の他端辺２２が配置される補助保持台４３とが第１の収納部４０１を介してお互いに対向して配置形成されている。なお、ＩＣチップ３としてＦＣＢ工法により接続されるものを採用する場合、前記中間層４０３をなくし、第１の収納部の内底面に後述する電極パターンを形成すればよい。

ベース４の平面視四隅を含む堤部４１の外周には、複数のキャスタレーションが形成されている。キャスタレーションは、ベース４の半円弧状の切り欠き（半円弧状の凹部）が本体筐体の表面から裏面にかけて形成されている。このキャスタレーションには図示しない電極パターンが形成されている。また、図示していないが、ベース４の裏面には、外部（外部部品や外部機器）の電極との接続（接合）される複数の外部端子電極が形成されている。この外部端子電極には、少なくとも、Ｇｎｄ用電極と、出力用電極と、ＯＥ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｅｎａｂｌｅ）用電極と、Ｖ_DD用電極等がある。

ベースの保持台４２の上面には、水晶振動片２の一端辺２１の両端部に形成された接続電極２６，２６と後述する導電性接合材Ｄを介して電気的機械的に接合される導電性の電極パッド５１，５２が形成されている。電極パッド５１，５２の上面には水晶振動片２の一端辺２１の接続電極２６，２６の外周近傍に設けられ、水晶振動片２の一端辺２１と接触しない略Ｌ字形状の堤部５１１，５２１と、水晶振動片２の一端辺２１から他端辺２２よりの位置に設けられ水晶振動片の保持台側の主面と接触する一条の凸部５１２，５２２とを具備している。なお堤部５１１，５２１については、接続電極２６，２６の外周近傍を囲うことができる形状であれば特に形が特定されるものではない。また凸部５１２，５２２についても水晶振動片の主面を支えることができる形状であれば特に形が特定されるものではない。

保持台４２と補助保持台４３と堤部５１１，５２１と凸部５１２，５２２とのベースの接合領域４１１（開口部）へ向かう各々の高さ関係は、ベースの接合領域４１１（開口部）の次に補助保持台４３が高く、その次に堤部５１１，５２１が高く、その次に凸部５１２，５２２が高く、保持台４２が一番低い位置に形成されている。すなわちベース開口部＞補助保持台＞堤部＞凸部＞保持台の関係で構成されている。より具体的に本形態では堤部５１１，５２１と凸部５１２，５２２は保持台４２の電極パッド５１，５２の上部に後述するメタライズ層などを積層することで、保持台の電極パッド５１，５２の面より高く形成しており、しかも凸部５１２，５２２に対して堤部５１１，５２１のメタライズ層の積層数を増やすことで、堤部５１１，５２１の面を凸部５１２，５２２の面より高く形成している。また補助保持台４３をセラミック積層体（ベース母材）のみで構成し、保持台４２のセラミック層より上部の層とすることで、堤部５１１，５２１や凸部５１２，５２２より高く形成している。なお、本形態の構成に限らず、保持台４２と補助保持台４３とを同じセラミック層とするとともにこの補助保持台４３の上部に後述するメタライズ層を積層することで最終的な補助保持台４３としてもよい。この場合各々のメタライズ層の積層数を変えることで、補助保持台４３の面を一番高く、その次に堤部５１１，５２１の面を高く、その次に凸部５１２，５２２の面を高く、保持台の電極パッド５１，５２の面を一番低く形成することができる。

ベース４の中間層４０３の内底面には、水晶振動片２と接合される電極パッド５１，５２とＩＣチップ３の接続端子と接合され、水晶振動片２とＩＣチップ３とを電気的に接続するための内部接続用の電極パターン（図示せず）と、ＩＣチップ３の各接続端子と接合され、ＩＣチップ３と各外部端子電極とを電気的に接続するための外部接続用の電極パターン（図示せず）とが形成されている。これにより水晶振動片２およびＩＣチップ３は端子電極から外部（外部部品や外部機器）と接続（接合）される。このような電極パッド５１，５２、電極パターン、外部端子電極、および封止用金属層は、例えばタングステンやモリブデンのメタライズ層（図示省略）の上部にニッケルメッキと金メッキが形成されている。

蓋５は、例えば金属材料からなり下面にろう材（図示省略）が形成されている。シーム溶接やビーム溶接、雰囲気加熱等の手法によりベース４に接合されて、蓋５とベース４とによる表面実装型水晶発振器の本体筐体が成形される。具体的にシーム溶接による蓋５は、コバールからなるコア材に金属層としての金属ろう材が形成された平面視矩形状の一枚板構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、銅層、銀ろう層の順の多層構成である。ここでいう銀ろう層がベース２のメタライズ層と接合される。また、銀ろう層の一部がベース４のメタライズ層と接合するための溶接領域とされ、この溶接領域は蓋の平面視外周端部に沿って設定されている。蓋５の平面視外形はベース２の外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。

以上のような表面実装型水晶発振器１の各構成において、ベースの第１の収納部４０１にＩＣチップ３を配して収納され、当該第１の収納部の内底面とＩＣチップの底面を接合材によりダイボンディングされるとともに、ＩＣチップの上面の接続端子と電極パターンとをワイヤＷによりワイヤボンディング接続されている。

またベースの第２の収納部４０２に水晶振動片２を配して収納され、水晶振動片２の一端辺２１の両端部に形成された接続電極２６，２６では、水晶振動片２の保持台側に形成された導電性樹脂接着剤Ｄのみによりベースの保持台４２に形成された一対の電極パッド５１，５２と電気機械的に接合されている。この時、水晶振動片の他端辺２２は補助保持台４３に配置され、電極パッド５１，５２から補助保持台４３にかけて水晶振動片２の他端辺２２がベースの接合領域４１１（開口部）に次第に近接した状態で保持されている。本実施形態で用いる導電性接着剤Ｄは、硬化温度が１８０度程度の導電性シリコーン系樹脂が用いられている。また、導電性接合材として導電性シリコーン系樹脂に限定されるものではなく、導電性ウレタン系樹脂などの他の樹脂であってもよい。

これらＩＣチップ３および水晶振動片２が収納されたベース４を蓋５にて被覆し、ベース４の封止用金属層と蓋の銀ろう層の一部とを溶融硬化させて接合させ、収納部４０内のＩＣチップ３および水晶振動片２の気密封止を行う。なお、本発明では表面実装型水晶発振器について説明したが、表面実装型水晶振動子など他の圧電振動デバイスであってもよい。

上記実施形態により、導電性樹脂接着剤Ｄが電極パッド５１，５２の上面に形成された堤部５１１，５２１と凸部５１２，５２２の間以外の領域へ必要以上に流れ出さないように溜め込むことができる。このように溜め込まれた導電性樹脂接着剤Ｄの一部は電極パッド５１，５２の凸部５１２，５２２によって水晶振動片２の保持台側の主面と保持台４２との間に隙間にも溜まり、導電性樹脂接着剤Ｄの接着量も安定するので、導電性樹脂接着剤Ｄの塗布量を少なくしても水晶振動片２と電極パッド５１，５２との接合強度を高めることができる。また補助保持台４３から電極パッドの凸部５１２，５２２にかけて水晶振動片２が傾斜した状態で配置され、水晶振動片２の一端辺２１が電極パッドの堤部５１１，５２１に溜め込まれた導電性樹脂接着剤Ｄに食い込むように接合されるため、水晶振動片２の一端辺２１の表裏主面に導電性樹脂接着剤Ｄが確実に回り込み、水晶振動片２の表裏主面間での電気的な導通性能を高めることができるだけでなく、水晶振動片２と電極パッド５１，５２との接合強度も同時に向上させることができる。

本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、表面実装型圧電振動子や表面実装型圧電発振器などの表面実装型圧電振動デバイスに適用できる。

１ 表面実装型水晶発振器
２ 水晶振動片
３ ＩＣチップ
４ ベース
Ｄ 導電性接着剤
Ｗ ワイヤ

Claims (1)

1. 矩形状で励振電極が形成された圧電振動片と、外壁部と開口部と内部の収納部が形成された絶縁性のベースと、前記ベースの開口部を覆う蓋とを有し、ベースの開口部に蓋を被せて気密封止してなる表面実装型圧電振動デバイスであって、
   前記ベースの内部の収納部には前記圧電振動片の一端辺の一部が搭載される導電性の電極パッドが形成された保持台と、当該圧電振動片の一端辺と対向する他端辺が配置される補助保持台とを具備し、
   前記電極パッドの上面には前記圧電振動片の一端辺の外周近傍に設けられ当該圧電振動片の一端辺と接触しない堤部と、前記圧電振動片の一端辺から他端辺よりの位置に設けられ当該圧電振動片の保持台側の主面と接触する凸部とを具備してなり、
   補助保持台と堤部と凸部とのベースの開口部へ向かう各々の高さは、補助保持台＞堤部＞凸部として構成されており、
   前記圧電振動片の保持台側に形成された導電性樹脂接着剤のみにより前記圧電振動片と保持台の電極パッドとが接合され、当該電極パッドから補助保持台にかけて圧電振動片の他端辺がベース開口部に次第に近接した状態で保持されてなることを特徴とする表面実装型圧電振動デバイス。

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