JP2012080250A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a piezoelectric device used in electronic equipment and the like.
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。
素子搭載部材の側面には、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と、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。
As a conventional piezoelectric device, for example, a structure mainly composed of an element mounting member, a piezoelectric vibration element, a thermistor element, and a lid is known (see, for example, Patent Document 1).
The element mounting member includes a substrate part, a first frame part, and a second frame part.
In the element mounting member, the first frame portion and the second frame portion are provided on one main surface of the substrate portion to form a first recess space.
Two pairs of piezoelectric vibration element mounting pads are provided on one main surface of the substrate portion exposed in the first recess space.
A thermistor element mounting pad is provided on the side surface of the element mounting member.
Also, external connection electrode terminals are provided at the four corners of the other main surface of the substrate portion.
On the piezoelectric vibration element mounting pad, a piezoelectric vibration element having a pair of excitation electrodes electrically connected via a conductive adhesive on the front and back main surfaces is mounted. The top surface of the first frame portion of the element mounting member that surrounds the piezoelectric vibration element is covered with a metal lid and joined. Thereby, the first recess space is hermetically sealed.
A thermistor element connected via a conductive bonding material such as solder is mounted on the thermistor element mounting pad.
The thermistor element has a linear relationship between voltage and temperature, and the voltage at that temperature is output to the outside of the piezoelectric device via the external connection electrode terminal. This output voltage can be converted into temperature information in a main IC such as an electronic device.
The external connection electrode terminal is composed of two pairs of crystal oscillation element electrode terminals and two pairs of thermistor element electrode terminals. The crystal vibration element electrode terminals are arranged diagonally. Similarly, the thermistor element electrode terminals are also arranged diagonally.
しかしながら、従来の圧電デバイスにおいては、素子搭載部材の側面の方に寄せてサーミスタ素子が搭載されているため、サーミスタ素子にノイズが重畳し、正確なサーミスタ素子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、サーミスタ素子からの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。
However, in the conventional piezoelectric device, since the thermistor element is mounted closer to the side surface of the element mounting member, noise is superimposed on the thermistor element, and an accurate value of the thermistor element cannot be output. was there.
In addition, since the output value from the thermistor element is different, the difference between the temperature information obtained by converting the voltage output from the thermistor element and the temperature information around the actual piezoelectric vibration element is increased. There was a problem such as.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、サーミスタ素子にノイズが重畳することを低減し、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。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric device that reduces noise superimposed on the thermistor element, suppresses differences in temperature information, and prevents fluctuations in oscillation frequency. To do.
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、前記素子搭載部材に前記圧電振動素子と前記サーミスタ素子とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子に設けられる励振用電極の平面内に前記サーミスタ素子を位置させて構成されていることを特徴とするものである。 The piezoelectric device of the present invention is an element mounting member comprising a substrate portion, a first frame portion provided on one main surface of the substrate portion, and a second frame portion provided on the other main surface of the substrate portion. A piezoelectric vibration element mounted on a piezoelectric vibration element mounting pad provided on a main surface of the substrate portion exposed in the first recess space formed by the substrate portion and the first frame portion, and the substrate portion The thermistor element mounted on the thermistor element mounting pad provided on the main surface of the substrate portion exposed in the second recess space formed by the second frame portion and the first recess space are hermetically sealed A pair of piezoelectric vibration element electrode terminals and two pairs of thermistor element electrode terminals at four corners of a surface facing the same direction as the other main surface of the substrate portion of the second frame portion, An external connection electrode terminal comprising: the element mounting member and the piezoelectric vibration element; While mounting a serial thermistor element, it is characterized in that it is constituted by positioning the thermistor element in the plane of the excitation electrodes provided on the piezoelectric vibrating element in a plan view.
本発明の圧電デバイスによれば、素子搭載部材に圧電振動素子とサーミスタ素子とを搭載した状態で、平面視で圧電振動素子に設けられる励振用電極の平面内に前記サーミスタ素子を位置させていることにより、励振用電極によってサーミスタ素子を保護するため、従来の圧電デバイスに比べてサーミスタ素子にノイズが重畳することを低減し、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。
According to the piezoelectric device of the present invention, the thermistor element is positioned in the plane of the excitation electrode provided in the piezoelectric vibration element in a plan view in a state where the piezoelectric vibration element and the thermistor element are mounted on the element mounting member. Thus, since the thermistor element is protected by the excitation electrode, it is possible to reduce the superimposition of noise on the thermistor element as compared with the conventional piezoelectric device, and to output an accurate value of the thermistor element.
In addition, since an accurate output value can be output from the thermistor element, the difference between the temperature information obtained by converting the voltage output from the thermistor element and the temperature information around the actual piezoelectric vibration element can be calculated. It becomes possible to reduce.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. A case where quartz is used for the piezoelectric vibration element will be described.
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
The excitation electrode 122 is formed by depositing and forming a metal in a predetermined pattern on both the front and back main surfaces of the
Such a
図1〜図4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。
また、サーミスタ素子140は、図3に示すように、前記素子搭載部材110に前記圧電振動素子120と前記サーミスタ素子140とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子120に設けられる励振用電極122の平面内に位置するように、第2の凹部空間K2内に搭載されている。つまり、図3に示すように、サーミスタ素子140は、圧電振動素子120の励振用電極122の直下にある第2の凹部空間K1内に搭載され、前記励振用電極122からはみ出ることがなく、平面視で励振用電極122が設けられている面積内に設けられている。
また、実際に前記素子搭載部材110に前記圧電振動素子120と前記サーミスタ素子140とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子120に設けられる励振用電極122の平面内に位置するようにサーミスタ素子を140搭載した場合には、サーミスタ素子140にノイズが重畳せず、正確なサーミスタ素子140の値を出力できることが確認された。
The
As shown in FIG. 2, the
Further, as shown in FIG. 3, the
Further, in a state where the
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−セラミックス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4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。
As shown in FIGS. 1 to 2, the
In the
In addition, the board | substrate part 110a and the 2nd frame part 110c which comprise this
The first frame portion 110b is made of a metal such as 42 alloy or Kovar, and has a frame shape with a punched center.
The first frame portion 110b is connected to the sealing conductor film HB provided so as to surround the outer periphery of one main surface of the substrate portion 110a by brazing or the like.
Two pairs of piezoelectric vibration element mounting pads 111 are provided on one main surface of the substrate portion 110a exposed in the first recess space K1.
As shown in FIGS. 1 to 4, the
A thermistor
前記素子搭載部材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角に外部接続用電極端子Gとが設けられている。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、前記素子搭載部材110の第2の枠部110cの他方の主面の対角に位置する箇所に設けられている。
また、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の前記圧電振動素子用電極端子G1が設けられている位置と異なる2つの隅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が設けられている対角とは異なる第2の枠部110cの対角に設けられている。
External connection electrode terminals G are provided at four corners of the surface facing the same direction as the other main surface of the substrate portion 110a of the second frame portion 110c of the
The external connection electrode terminal G includes two pairs of piezoelectric vibration element electrode terminals G1 and two pairs of thermistor element electrode terminals G2.
The two pairs of piezoelectric vibration element electrode terminals G1 are provided at a position located diagonally to the other main surface of the second frame portion 110c of the
The two pairs of thermistor element electrode terminals G2 are provided at two corners of the second frame 110c different from the positions where the piezoelectric vibration element electrode terminals G1 are provided. In other words, the thermistor element electrode terminal G2 is provided at a diagonal of the second frame portion 110c different from the diagonal at which the piezoelectric vibration element electrode terminal G1 is provided.
圧電振動素子搭載パッド111といずれかの外部接続用電極端子G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。
The piezoelectric vibration element mounting pad 111 and any one of the external connection electrode terminals G include a piezoelectric vibration element wiring pattern 113 having a portion formed on the substrate portion 110a in the second recess space K2 of the
That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the piezoelectric vibration element mounting pad 111 is connected to one end of the piezoelectric vibration element wiring pattern 113 via the first via conductor 114. The other end of the piezoelectric vibration element wiring pattern 113 is connected to the piezoelectric vibration element electrode terminal G <b> 1 via the second via
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。
Further, the thermistor
That is, as shown in FIGS. 4A and 4B, the thermistor
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。
The
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。 The conductive adhesive DS contains a conductive powder as a conductive filler in a binder such as a silicone resin. As the conductive powder, aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W ), Platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), titanium (Ti), nickel (Ni), nickel iron (NiFe), or a combination thereof is used. .
前記導電性接合材HDは、例えば、Sn(錫)、Ag(銀)、Cu(銅)等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により構成されており、フラックス等を含有するペースト状に熱を印加し、前記フラックスを揮発させることによって接合されている。 The conductive bonding material HD is composed of, for example, any one of Sn (tin), Ag (silver), Cu (copper), or a combination thereof, and is a paste containing a flux or the like Is applied by applying heat to the magnetic flux to volatilize the flux.
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。
When the
本発明の圧電デバイス100によれば、サーミスタ素子140は、素子搭載部材110に圧電振動素子120とサーミスタ素子140とを搭載した状態で、平面視で圧電振動素子120に設けられる励振用電極122の平面内に前記サーミスタ素子140を位置させていることにより、励振用電極122によってサーミスタ素子140を保護するため、従来の圧電デバイスに比べてサーミスタ素子140にノイズが重畳することを低減し、正確なサーミスタ素子140の値を出力することができる。
つまり、蓋部材130と励振用電極122の2つによって、サーミスタ素子がノイズから保護されるので、従来の圧電デバイスに比べてサーミスタ素子140にノイズが重畳することを低減し、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。
According to the
That is, since the thermistor element is protected from noise by the
Further, since an accurate output value can be output from the
また、本発明の圧電デバイス100によれば、第1の凹部空間K1内に圧電振動素子120が導電性接着剤DSを介して圧電振動素子搭載パッド111に搭載され、第2の凹部空間K2内に、サーミスタ素子140が導電性接合材HDを介してサーミスタ素子搭載パッド112に搭載されているように別々の凹部空間に搭載されているため、前記導電性接合材HDから発生したガスが圧電振動素子120に付着することがなくなる。よって、圧電デバイス100の発振周波数が変動してしまうことを防ぐことができる。
In addition, according to the
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。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where crystal is used as the piezoelectric material constituting the
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
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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、
前記素子搭載部材に前記圧電振動素子と前記サーミスタ素子とを搭載した状態で、平面視で前記圧電振動素子に設けられる励振用電極の平面内に前記サーミスタ素子を位置させて構成されていることを特徴とする圧電デバイス。 An element mounting member comprising a substrate portion, a first frame portion provided on one main surface of the substrate portion, and a second frame portion provided on the other main surface of the substrate portion;
A piezoelectric vibration element mounted on a piezoelectric vibration element mounting pad provided on the main surface of the substrate part exposed in a first recess space formed by the substrate part and the first frame part;
A thermistor element mounted on a thermistor element mounting pad provided on the main surface of the substrate part exposed in a second recessed space formed by the substrate part and the second frame part;
A lid for hermetically sealing the first recessed space;
The second frame portion is composed of two pairs of piezoelectric vibration element electrode terminals and two pairs of thermistor element electrode terminals at the four corners of the surface facing the same direction as the other main surface of the substrate portion. An electrode terminal for external connection,
In a state where the piezoelectric vibration element and the thermistor element are mounted on the element mounting member, the thermistor element is positioned in a plane of an excitation electrode provided on the piezoelectric vibration element in a plan view. A characteristic piezoelectric device.
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