JP2012119848A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子の接合されていない箇所の角が、素子搭載部材の凹部空間内底面に接触する事を低減して、発振周波数変動を低減出来る圧電デバイスの提供。
【解決手段】四角形の圧電素板１２１に励振用電極１２２を被着形成し、その励振用電極から四角形の圧電素板に対して対角に位置するように引き出し電極１２３が形成されている圧電振動素子１２０と、圧電振動素子の引き出し電極に対向する位置に２個一対の搭載部１１３が設けられ、２個一対の搭載部にそれぞれ２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１が設けられている素子搭載部材１１０と、圧電振動素子を気密封止する蓋部材１３０と、圧電振動素子搭載パッドの主面上で、圧電素板の長辺方向と平行になるように設けられている２個一対のバンプ１１２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。

従来の圧電デバイスは、凹部空間を有する素子搭載部材と圧電振動素子と集積回路素子と蓋部材とから主に構成されている。
前記素子搭載部材は、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、基板部の一方の主面に第１の枠部、第２の枠部の順に設けられて平面視して四角形状の凹部空間が形成される。また、前記凹部空間内には前記凹部空間内底面より高い位置に２個一対の搭載部が設けられている。
また、２個一対の搭載部は、凹部空間の開口面に対して両端となる位置に設けられている。その搭載部には、圧電振動素子搭載パッドがそれぞれに設けられている。

圧電振動素子は、四角形の圧電素板に励振用電極を被着形成し、その励振用電極から両短辺に向かってそれぞれ延出するようにして対角に位置するように引き出し電極が形成されている。
励振用電極は、前記圧電素板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。
引き出し電極は、前記圧電素板の両主面に被着されている前記励振用電極から両短辺に向かってそれぞれ延出するようにして対角に位置するように設けられている。
このような圧電振動素子は、前記引き出し電極と後述する凹部空間内の搭載部に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッドとを、導電性接着剤を介して電気的且つ機械的に接続することによって凹部空間に搭載される。

前記集積回路素子は、前記素子搭載部材の凹部空間内底面に形成された集積回路素子搭載パッド上に搭載されている。
前記蓋部材は、前記素子搭載部材の凹部空間上に載置し、前記蓋部材の封止部材と前記素子搭載部材の封止用導体パターンとを接合することにより、凹部空間内を気密封止する。
前記素子搭載部材の他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子である電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子が設けられている。
また、圧電デバイスにおいて、２個一対の搭載部が凹部空間内底面の隅部に対角に位置するように設けられている構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、圧電振動素子搭載パッドは、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Mo）からなる第１の金属層と金（Ａｕ）またはニッケル（Ｎｉ）からなる第２の金属層を積層することで構成されている。

特開２００１−７７６５２号公報

しかしながら、従来の圧電デバイスのように、圧電振動素子を搭載する際に、圧電振動素子の引き出し電極と搭載部の圧電振動素子搭載パッドが接合している箇所を軸として傾く場合がある。このような場合、圧電振動素子の接合されていない箇所の角が、素子搭載部材の凹部空間内底面に接触し、圧電振動素子の振動が阻害されることになる。このため、従来の圧電デバイスは、発振周波数が変動してしまう課題があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、圧電振動素子の接合されていない箇所の角が、素子搭載部材の凹部空間内底面に接触することを低減し、発振周波数が変動することを低減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、四角形の圧電素板に励振用電極を被着形成し、その励振用電極から四角形の圧電素板に対して対角に位置するように引き出し電極が形成されている圧電振動素子と、圧電振動素子の引き出し電極に対向する位置に２個一対の搭載部が設けられ、２個一対の搭載部にそれぞれ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と、圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、圧電振動素子搭載パッドの主面に、圧電素板の長辺方向と平行になるように設けられている２個一対のバンプ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、圧電振動素子搭載パッドの主面に、圧電素板の長辺方向と平行になるように設けられている２個一対のバンプとを備えていることによって、圧電振動素子を搭載する際に、圧電振動素子の引き出し電極と搭載部の圧電振動素子搭載パッドが接合している箇所を軸として傾いても、圧電振動素子搭載パッドの主面に設けられているバンプで支持されているので、圧電振動素子の接合されていない箇所の角が素子搭載部材の凹部空間内底面に接触することを低減することができる。
よって、圧電振動素子の振動が阻害されないため、圧電デバイスの発振周波数が変動することを低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す分解斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ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の一例を示す分解斜視図である。 （ａ）は、図３のＣ−Ｃ断面図であり、（ｂ）は、図３のＤ−Ｄ断面図である。

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。また、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）
本発明の第１の実施形態において、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。
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子１００は、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０で主に構成されている。この圧電振動子１００は、前記素子搭載部材１１０に形成されている凹部空間Ｋ１内底面の長辺方向の両端に位置するように設けられている搭載部１１３が設けられる。前記搭載部１１３に設けられた圧電振動素子搭載パッド１１１に圧電振動素子１２０が搭載され、その凹部空間Ｋ１が蓋部材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。

引き出し電極１２３は、前記水晶素板１２１の両主面に被着されている前記励振用電極１２２から両短辺に向かってそれぞれ延出するようにして対角に位置するように設けられている。

このような圧電振動素子１２０は、前記引き出し電極１２３と後述する凹部空間Ｋ１内の搭載部１１３に形成されている後述す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凹部空間Ｋ１に搭載される。

図１及び図２に示すように、素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃとで主に構成されている。
素子搭載部材１１０は、基板部１１０ａの一方の主面に第１の枠部１１０ｂと第２の枠部１１０ｂが設けられて、四角形の凹部空間Ｋ１が形成されている。

この素子搭載部材１１０は、例えば基板部１１０ａの上に第１の枠部１１０ｂ、第２の枠部１１０ｃの順に積層されており、前記第２の枠部１１０ｃが、前記第１の枠部１１０ｂの開口幅よりも広くなるように形成されている。これにより、第１の枠部１１０ｂと第２の枠部１１０ｃによって、凹部空間Ｋ１底面の長辺方向の両端に位置する２個一対の搭載部１１３が形成される。従って、２個一対の搭載部１１３は、前記第１の枠部１１０ｂの前記凹部空間内側壁部と、第２の枠部１１０ｃの主面によって形成される。

つまり、２個一対の搭載部１１３は、凹部空間Ｋ１の開口面に対して長辺方向の両端になる位置に設けられている。それぞれの搭載部１１３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、２個一対のバンプ１１２は、圧電素板１２１の長辺方向と平行になるように２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１の主面に１つずつ設けられている。つまり、２個一対のバンプ１１２は、第１の枠部１１０ｂ及び第２の枠部１１０ｃの長辺方向と平行になるように、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１の主面に設けられている。

また、バンプ１１２は、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１の主面にあり、圧電振動素子１２０の励振用電極１２１寄りに設けられている。つまり、バンプ１１２は、圧電振動素子搭載パッド１１１主面の内側の辺に沿って、第一の枠部１１０ｂ及び第２の枠部１１０ｃの長辺方向と平行になるように設けられている。
バンプ１１２が圧電振動素子搭載パッド１１１主面の内側の辺に沿って、枠部１１０ｂ、１１０ｃの長辺方向と平行になるように設けられていることによって、導電性接着剤ＤＳを前記バンプ１１２でせき止めることができるので、導電性接着剤ＤＳが広がることを低減することができる。

尚、この素子搭載部材１１０を構成する基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ、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。また、基板部１１０ａは、セラミック材料が積層した構造となっている。

この素子搭載部材１１０の第２の枠部１１０ｃの主面には、環状の封止用導体パターン１１４が設けられている。
また、基板部１１０ａの内層には、配線パターン（図示せず）等が設けられている。
素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの他方の主面には、外部接続用電極端子Ｇが設けられ、前記外部接続用電極端子Ｇは、例えば電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として用いられる。

圧電振動素子搭載パッド１１１は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る第１の金属層の表面に、金メッキ等からなる第２の金属層を積層することで形成されている。
バンプ２１２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から構成される。また、バンプ２１２の横幅は例えば１００〜２００μｍであり、バンプ２１２の縦幅は、例えば２００〜３００μｍである。

前記封止用導体パターン１１４は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等から成る基層の表面にニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層を順次、凹部空間Ｋ１を環状に囲繞する形態で被着させることによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。

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、窒素ガスや真空などで気密的に封止される。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の第２の枠部１１０ｃ上に載置され、第２の枠部１１０ｃの封止用導体パターン１１４と蓋部材１３０の封止部材１３１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２の枠部１１０ｃに接合され、凹部空間Ｋ１を気密封止する。
封止部材１３１は、例えば、銀ロウ（Ａｇ−Ｓｎ）、金錫（Ａｕ−Ｓｎ）によって形成される。

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、例えばアルミニウム（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、封止用導体パターン１１４、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。

本発明の圧電デバイス１００によれば、前記圧電振動素子搭載パッド１１１の主面上に、圧電素板１２１の長辺方向と平行になるように設けられている２個一対のバンプ１１２とを備えていることによって、圧電振動素子１２０を搭載する際に、圧電振動素子１２０の引き出し電極１２３と搭載部１１３の圧電振動素子搭載パッド１１１が接合している箇所を軸として傾いても、圧電振動素子搭載パッド１１１の主面に設けられているバンプ１１２で支持されているので、圧電振動素子１２０の接合されていない箇所の角が素子搭載部材１１０の凹部空間Ｋ１内底面に接触することを低減することができる。
よって、圧電振動素子１２０の振動が阻害されないため、圧電デバイス１００の発振周波数が変動することを低減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、圧電デバイスの一例である圧電発振器で説明する。
本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス２００は、素子搭載部材２１０の凹部空間Ｋ１内に搭載されている集積回路素子２４０を備えている点で第１の実施形態と異なる。

図３及び図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器２００は、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に形成されている凹部空間Ｋ１内に圧電振動素子１２０及び集積回路素子２４０が搭載されており、その凹部空間Ｋ１が蓋部材１３０により気密封止された構造となっている。

集積回路素子２４０は、図３及び図４に示すように、回路形成面に前記圧電振動素子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の外へ出力され、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には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、３次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、３次関数発生回路には、温度センサが接続されている。

この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号（電圧値）が３次関数発生回路に出力される構成となっている。
集積回路素子２４０は、図４に示すように、素子搭載部材２１０の凹部空間Ｋ１内に露出した基板部２１０ａに形成された集積回路素子搭載パッド２１５に半田等の導電性接合材ＨＤを介して搭載されている。

図３及び図４に示すように、素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａ、第１の枠部２１０ｂ、第２の枠部２１０ｃとで主に構成されている。
この素子搭載部材２１０は、例えば基板部２１０ａの上に第１の枠部２１０ｂ、第２の枠部２１０ｃの順に積層されており、前記第２の枠部２１０ｃが、前記第１の枠部２１０ｂの開口の幅よりも狭くなるように形成されている。これにより、第１の枠部２１０ｂと第２の枠部２１０ｃによって、凹部空間Ｋ１底面の長辺方向の両端に位置する２個一対の搭載部２１３が形成される。つまり、２個一対の搭載部２１３は、前記第１の枠部２１０ｂの前記凹部空間内側壁部と、第２の枠部２１０ｃの主面とによって形成される。

つまり、２個一対の搭載部２１３は、凹部空間Ｋ１の開口面に対して長辺方向の両端となる位置に設けられている。その搭載部２１３には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド２１１がそれぞれに設けられている。
また、２個一対のバンプ２１２は、圧電素板１２１の長辺方向と平行になるように圧電振動素子搭載パッド２１１の主面に設けられている。つまり、２個一対のバンプ２１２は、第１の枠部２１０ｂ及び第２の枠部２１０ｃの長辺方向と平行になるように、圧電振動素子搭載パッド２１１の主面に設けられている。

また、バンプ２１２は、２個一対の圧電振動素子搭載パッド２１１の主面にあり、圧電振動素子１２０の励振用電極１２１寄りに設けられている。つまり、バンプ２１２は、圧電振動素子搭載パッド２１１主面の内側の辺に沿って、枠部２１０ｂ、２１０ｃの長辺方向と平行になるように設けられている。
バンプ２１２が圧電振動素子搭載パッド２１１主面の内側の辺に沿って、枠部２１０ｂ、２１０ｃの長辺方向と平行になるように設けられていることによって、導電性接着剤ＤＳを前記バンプ２１２でせき止めることができるので、導電性接着剤ＤＳが広がることを低減することができる。

尚、この素子搭載部材２１０を構成する基板部２１０ａ、第１の枠部２１０ｂ、第２の枠部２１０ｃ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。

この素子搭載部材２１０の第２の枠部２１０ｃの主面には、環状の封止用導体パターン２１４が設けられている。
また、凹部空間Ｋ１内で露出した基板部２１０ａの一方の主面には、集積回路素子搭載パッド２１５が設けられている。
基板部２１０ａの内層には、配線パターン（図示せず）等が設けられている。
素子搭載部材２１０の基板部２１０ａの他方の主面には、外部接続用電極端子Ｇが設けられ、前記外部接続用電極端子Ｇは、例えば電源電圧端子、グランド端子、発振出力端子、発振制御端子として用いられる。

圧電振動素子搭載パッド２１１は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る第１の金属層の表面に、ニッケルメッキ、金メッキ等からなる第２の金属層を積層することで形成されている。
バンプ２１２は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から構成される。また、バンプ２１２の横幅は例えば１００〜２００μｍであり、バンプ２１２の縦幅は、例えば２００〜３００μｍである。

また、集積回路素子搭載パッド２１５は、凹部空間Ｋ１内で露出した基板部２１０ａの一方の主面に設けられている。
集積回路素子搭載パッド２１５は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等から成る第１の金属層の表面に、ニッケルメッキ、金メッキ等からなる第２の金属層を積層することで形成されている。

本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス２００によれば、前記圧電振動素子搭載パッド２１１の主面上に、圧電素板１２１の長辺方向と平行になるように設けられている２個一対のバンプ２１２とを備えていることで、圧電振動素子１２０を搭載する際に、圧電振動素子１２０の引き出し電極１２３と搭載部２１３の圧電振動素子搭載パッド２１１が接合している箇所を軸として傾いても、圧電振動素子搭載パッド２１１の主面に設けられているバンプ２１２で支持されるので、圧電振動素子１２０の接合していない角が素子搭載部材２１０の搭載部２１３主面に接触することを低減することができる。
よって、圧電振動素子１２０の振動が阻害されないため、圧電デバイス２００の発振周波数の変動を低減することができる。

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、前記した実施形態においては、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた圧電発振器を説明したが、圧電素材としては、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用いたものでも構わない。

また、本発明の実施形態に限定されるものではなく、圧電発振器が第１の素子搭載部材と第２の素子搭載部材と圧電振動素子と蓋部材と、集積回路素子とで主に構成されている。
その圧電発振器の第１の素子搭載部材の一方の主面に形成されている第１の凹部空間内に、圧電振動素子が搭載され、第２の素子搭載部材の一方の主面に形成される第２の凹部空間内に集積回路素子が搭載されており、前記第１の素子搭載部材の他方の主面に形成されている第２の素子搭載部材接続用端子と前記第２の素子搭載部材の主面に形成された第１の素子搭載部材接続用電極端子が接合された構造となっていても構わない。

また、圧電発振器の素子搭載部材の一方の主面に形成される第１の凹部空間内に、圧電振動素子が搭載され、素子搭載部材の他方の主面に形成される第２の凹部空間内に集積回路素子が搭載されており、第１の凹部空間が蓋部材により気密封止されている構造となっていても構わない。

１１０、２１０・・・素子搭載部材
１１０ａ、２１０ａ・・・基板部
１１０ｂ、２１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ、２１０ｃ・・・第２の枠部
Ｋ１・・・凹部空間
１１１・・・圧電振動素子搭載パッド
１１２、２１２・・・バンプ
１１３、２１３・・・搭載部
１１４、２１４・・・封止用導体パターン
２１５・・・集積回路素子搭載パッド
Ｇ・・・外部接続用電極端子
１２０・・・圧電振動素子（水晶振動素子）
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・引き出し電極
１３０・・・蓋部材
１３１・・・封止部材
２４０・・・集積回路素子
ＤＳ・・・導電性接着剤
１００、２００・・・圧電デバイス

Claims (1)

1. 四角形の圧電素板に励振用電極を被着形成し、その励振用電極から前記四角形の圧電素板に対して対角に位置するように引き出し電極が形成されている圧電振動素子と、
   前記圧電振動素子の引き出し電極に対向する位置に２個一対の搭載部が設けられ、前記２個一対の搭載部にそれぞれ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と、
   前記圧電振動素子を気密封止する蓋部材と、
   前記圧電振動素子搭載パッドの主面上に、前記圧電素板の長辺方向と平行になるように設けられている２個一対のバンプとを備えていることを特徴とする圧電デバイス。

Images