JP2012080249A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】温度情報の差異を低減し、発振周波数が変動すること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】基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部と、基板部の他方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、第１の凹部空間内に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、第２の凹部空間内に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、第１の凹部空間を気密封止する蓋体と、第２の枠部の基板部の他方の主面と同一方向を向く面の４角に２個一対の圧電振動素子用電極端子と２個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、を備え、圧電振動素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の隣り合う２つの角部に設けられ、前記サーミスタ素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の異なる他の２つの角部に設けられていることを特徴とするものである。
【選択図】図２

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。

従来の圧電デバイスは、その例として素子搭載部材、圧電振動素子、サーミスタ素子、蓋体とから主に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）。
素子搭載部材は、基板部と第１の枠部と第２の枠部で構成されている。
この素子搭載部材は、前記基板部の一方の主面に前記第１の枠部と第２の枠部が設けられて第１の凹部空間が形成される。
第１の凹部空間内の基板部に第２の凹部空間が形成されている。
第１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。
第２の凹部空間内に露出する基板部の一方の主面には、サーミスタ素子搭載パッドが設けられている。
また、基板部の他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子が設けられている。
この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一対の励振用電極を表裏主面に有した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第１の枠部の頂面には金属製の蓋体を被せられ、接合されている。これにより第１の凹部空間と第２の凹部空間が気密封止されている。
また、サーミスタ素子搭載パッド上には、半田等の導電性接合材を介して接続されるサーミスタ素子が搭載されている。
サーミスタ素子は、電圧と温度との関係が線形を示すものであり、その温度での電圧が、外部接続用電極端子を介して圧電デバイスの外へ出力される。この出力された電圧は、例えば、電子機器等のメインＩＣ内で温度情報に換算することができる。
また、外部接続用電極端子は、２個一対の水晶振動素子用電極端子と、２個一対のサーミスタ素子用電極端子により構成されている。その水晶振動素子用電極端子は、対角に配置されている。また、サーミスタ素子用電極端子も同様に、対角に配置されている。

特開２００８−２０５９３８号公報

しかしながら、従来の圧電デバイスにおいては、外部接続用電極端子を構成する２個一対の水晶振動素子用電極端子と、２個一対のサーミスタ素子用電極端子とが、それぞれ対角になるように配置されているが、基板部内にて、サーミスタ素子用配線パターンと水晶振動素子用配線パターンが交差しているため、浮遊容量が発生し、正確なサーミスタの値を出力することができないといった課題があった。
また、第１の凹部空間側の素子搭載部材に設けられる圧電振動素子搭載パッドと接続する圧電振動素子用配線パターンが、サーミスタ素子用搭載パッドと接続するサーミスタ素子用配線パターンと平行して設けられる場合があり、圧電振動素子搭載パッドと接続する圧電振動素子用配線パターンと、サーミスタ素子用搭載パッドと接続するサーミスタ素子用配線パターンとの間で、配線間容量が発生することもあった。

また、サーミスタ素子から出力値が異なってしまうことで、サーミスタ素子から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の圧電振動素子の周囲の温度情報との差異が大きくなってしまうといった課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サーミスタ素子に発生する浮遊容量値を低減し、温度情報の差異を抑え、発振周波数が変動すること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設けられる第１の枠部と、基板部の他方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、基板部と第１の枠部とで形成される第１の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、基板部と第２の枠部とで形成される第２の凹部空間内に露出した基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、第１の凹部空間を気密封止する蓋体と、第２の枠部の基板部の他方の主面と同一方向を向く面の４角に２個一対の圧電振動素子用電極端子と２個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、を備え、圧電振動素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の隣り合う２つの角部に設けられ、サーミスタ素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の異なる他の２つの角部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、圧電振動素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の隣り合う２つの角部に設けられ、サーミスタ素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の異なる他の２つの角部に設けられていることによって、基板部内にて、サーミスタ素子用配線パターンと圧電振動素子用配線パターンが交差することがなく、配線間容量や浮遊容量の発生を低減することができるので、正確なサーミスタ素子の値を出力することができる。

また、サーミスタ素子から正確な出力値を出力することができるので、サーミスタ素子から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の圧電振動素子の周囲の温度情報との差異を低減することが可能となる。

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。 本発明の実施形態に係る圧電デバイスをサーミスタ素子搭載側からみた平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の一方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の内層の一方の主面からみた平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の他方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材を他方の主面からみた平面図である。 （ａ）は、本発明の変形例に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材の基板部の他方の主面からみた平面図であり、（ｂ）は、本発明の変形例に係る圧電デバイスを構成する素子搭載部材を他方の主面からみた平面図である。

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。

図１及び図２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１１０と圧電振動素子１２０と蓋体１３０とサーミスタ素子１４０で主に構成されている。この圧電デバイス１００は、前記素子搭載部材１１０に形成されている第１の凹部空間Ｋ１内に圧電振動素子１２０が搭載され、第２の凹部空間Ｋ２内には、サーミスタ素子１４０が搭載されている。その第１の凹部空間Ｋ１が蓋体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１２３と第１の凹部空間Ｋ１内底面に形成されている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することによって第１の凹部空間Ｋ１に搭載される。このときの引き出し電極１２３が設けられた一辺とは反対側の自由端となる端辺を圧電振動素子１２０の先端部とする。

図１〜図２に示すサーミスタ素子１４０は、温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から出力される電圧が変化するため、電圧と温度との関係により、出力された電圧を換算することで、温度情報を得ることができる。サーミスタ素子１４０は、電圧と温度との関係が線形を示すものであり、その温度での電圧が、外部接続用電極端子Ｇを介して圧電デバイス１００の外へ出力されることにより、例えば、電子機器等のメインＩＣ（図示せず）で出力された電圧を換算することで温度情報を得ることができる。
サーミスタ素子１４０は、図２に示すように、素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内に露出した後述する基板部１１０ａに設けられたサーミスタ素子搭載パッド１１２に半田等の導電性接合材ＨＤを介して搭載されている。

図１〜図２に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａと、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃとで主に構成されている。
この素子搭載部材１１０は、前記基板部１１０ａの一方の主面に第１の枠部１１０ｂ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１１０の他方の主面に第２の枠部１１０ｃが設けられて、第２の凹部空間Ｋ２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及び第２の枠部１１０ｃ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。
第１の枠部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、第１の枠部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ＨＢ上にロウ付けなどにより接続される。
第１の凹部空間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。
また、図１〜図３に示すように素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの他方の主面と第２の枠部１１０ｃによって第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
第２の凹部空間Ｋ２内で露出した基板部１１０ａの他方の主面には、サーミスタ素子搭載パッド１１２が設けられている。

素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの基板部１１０ａの他方の主面と同一方向を向く面の４角には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。つまり、前記素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている面とは反対側の主面の４隅には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。
外部接続用電極端子Ｇは、２個一対の圧電振動素子用電極端子Ｇ１と２個一対のサーミスタ素子用電極端子Ｇ２により構成されている。
２個一対の圧電振動素子用電極端子Ｇ１は、第２の枠部１１０ｃ短辺側の隣り合う２つの角部に設けられている。
２個一対のサーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、第２の枠部１１０ｃ短辺側の異なる他の２つの角部に設けられている。つまり、前記サーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、前記圧電振動素子用電極端子Ｇ１が設けられている短辺とは異なる第２の枠部１１０ｃの短辺に設けられている。

圧電振動素子搭載パッド１１１と外部接続用電極端子Ｇの内の圧電振動素子用電極端子Ｇ１は、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内の基板部１１０ａに形成された部分を有する圧電振動素子用配線パターン１１３と、基板部１１０ａに設けられた第１のビア導体１１４と、基板部１１０ａ及び第２の枠部１１０ｃの内部に形成された第２のビア導体１１５により接続されている。
つまり、図３及び図４に示すように、圧電振動素子搭載パッド１１１は、第１のビア導体１１４を介して圧電振動素子用配線パターン１１３の一端と接続されている。また、圧電振動素子用配線パターン１１３の他端は、第２のビア導体１１５を介して圧電振動素子用電極端子Ｇ１と接続されている。よって、圧電振動素子搭載パッド１１１は、圧電振動素子用電極端子Ｇ１と電気的に接続されることになる。

また、サーミスタ素子搭載パッド１１２とサーミスタ素子用電極端子Ｇ２は、前記素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２内の基板部１１０ａに形成された部分を有するサーミスタ素子用配線パターン１１６と第２の枠部１１０ｃの内部に形成された第３のビア導体１１７により接続されている。
つまり、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すようにサーミスタ素子搭載パッド１１２は、サーミスタ素子用配線パターン１１６の一端と接続されている。また、サーミスタ素子用配線パターン１１６の他端は、第３のビア導体１１７を介してサーミスタ素子用電極端子Ｇ２と接続されている。よって、サーミスタ素子用搭載パッド１１２は、サーミスタ素子用電極端子Ｇ２と電気的に接続されることになる。

蓋体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。このような蓋体１３０は、第１の凹部空間Ｋ１を、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、素子搭載部材１１０の第１の枠部１１０ｂ上に載置され、第１の枠部１１０ｂの表面の金属と蓋体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、第１の枠部１１０ｂに接合される。

前記導電性接着剤ＤＳ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、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圧電振動素子搭載パッド１１１、サーミスタ素子搭載パッド１１２、封止用導体膜ＨＢ、外部接続用電極端子Ｇ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第１のビア導体１１４、第２のビア導体１１５、第３のビア導体１１７等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、圧電振動素子用電極端子Ｇ１が、第２の枠部１１０ｃ短辺側の隣り合う２つの角部に設けられ、サーミスタ素子用電極端子Ｇ２が、第２の枠部１１０ｃ短辺側の異なる他の２つの角部に設けられていることにより、基板部１１０ａ内にて、サーミスタ素子用配線パターン１１６と圧電振動素子用配線パターン１１３が交差することがなく、浮遊容量の発生を低減することができるので、正確なサーミスタ素子１４０の値を出力することができる。

また、サーミスタ素子１４０から正確な出力値を出力することができるので、サーミスタ素子１４０から出力された電圧を換算することで得られた温度情報と、実際の圧電振動素子１２０の周囲の温度情報との差異を低減することが可能となる。

（変形例）
また、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、サーミスタ素子１４０が素子搭載部材１１０の短辺方向と平行になるようにサーミスタ搭載パッド１１２を素子搭載部材１１０の第２の凹部空間Ｋ２に設けても構わない。

このように、サーミスタ素子搭載パッド１１２を設けることで、サーミスタ素子用電極端子Ｇ２が、第２の枠部１１０ｃ短辺側の隣り合う２つの角部に設けられているため、サーミスタ素子用電極端子Ｇ２が対角に配置されているよりも、基板部１１０ａ内にて、サーミスタ素子用配線パターン１１６の長さを短くすることができる。よって、サーミスタ素子１４０に接続される浮遊容量を小さくすることができるので、正確なサーミスタ素子１４０の値を出力することができる。

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。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子１２０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・・・素子搭載部材
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ・・・第２の枠部
１１１・・・圧電振動素子搭載パッド
１１２・・・サーミスタ素子搭載パッド
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１４０・・・サーミスタ素子
１００・・・圧電デバイス
Ｋ１・・・第１の凹部空間
Ｋ２・・・第２の凹部空間
ＤＳ・・・導電性接着剤
ＨＤ・・・導電性接合材
ＨＢ・・・封止用導体膜
Ｇ・・・外部接続用電極端子
Ｇ１・・・圧電振動素子用電極端子
Ｇ２・・・サーミスタ素子用電極端子

Claims (1)

1. 基板部と、この基板部の一方の主面に設けられる第１の枠部と、前記基板部の他方の主面に設けられる第２の枠部とからなる素子搭載部材と、
   前記基板部と前記第１の枠部とで形成される第１の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられた圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
   前記基板部と前記第２の枠部とで形成される第２の凹部空間内に露出した前記基板部の主面に設けられたサーミスタ素子搭載パッドに搭載されているサーミスタ素子と、
   前記第１の凹部空間を気密封止する蓋体と、
   前記第２の枠部の前記基板部の他方の主面と同一方向を向く面の４角に２個一対の圧電振動素子用電極端子と２個一対のサーミスタ素子用電極端子とから構成される外部接続用電極端子と、を備え、
   前記圧電振動素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の隣り合う２つの角部に設けられ、前記サーミスタ素子用電極端子が、第２の枠部短辺側の異なる他の２つの角部に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。

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