JP2013051582A

JP2013051582A - パッケージ及び圧電デバイス

Info

Publication number: JP2013051582A
Application number: JP2011189096A
Authority: JP
Inventors: Katsutomo Mori; 克友森
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-14

Abstract

【課題】圧電振動素子の角部の欠けが生じることを低減することができるパッケージ及び圧電デバイスを提供することを課題とする。
【解決手段】上面に搭載パッド１１１を有したベース１１０ａと、搭載パッド１１１を囲むようにしてベース１１０ａ上に取着され、内側に圧電振動素子が配置される枠体１１０と、搭載パッド１１１と枠体１１０ｂ内壁との間に設けられた弾性部材１１２と、によってパッケージ１１０を構成する。その目的は、パッケージ１１０に圧電振動素子１２０を搭載する際に圧電振動素子１２０が破損する可能性を低減することができる
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶振動素子等を収容するのに用いられるパッケージ及び圧電デバイスに関する。

従来の圧電デバイスとして、パッケージの凹部空間内に圧電振動素子を配置し、これを蓋体で気密封止した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

パッケージは、ベースの上面に枠体を取着してなり、枠体に囲まれたベースの上面には圧電振動素子をパッケージの内部配線に接続するための搭載パッドが設けられている。このようなパッケージに搭載される圧電振動素子は、水晶素板の両面に励振用電極を被着形成した構造を有し、外部からの交番電圧が励振用電極を介して水晶素板に印加されると、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。

特開２００４−２９７６２０号公報

このような従来の圧電デバイスを組み立てるにあたり、パッケージに圧電振動素子を搭載する際、圧電振動素子がパッケージの枠体の内壁と接触すると、圧電振動素子に欠け等の破損を招来することがある。そのため、圧電デバイスの組み立てに際して圧電振動素子の搭載精度を高く維持する必要があり、特に圧電デバイスを小型化する場合には極めて高度の搭載技術が求められることとなる。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッケージに圧電振動素子を搭載する際に圧電振動素子が破損する可能性を低減することができるパッケージ及び圧電デバイスを提供することにある。

本発明のパッケージは、上面に搭載パッドを有したベースと、搭載パッドを囲むようにしてベース上に取着され、内側に圧電振動素子が配置される枠体と、搭載パッドと枠体の内壁との間に設けられた弾性部材と、を備える。

また、本発明の圧電デバイスは、上述したパッケージと、枠体の内側に配置され、搭載パッドに接続された圧電振動素子と、パッケージに接合されて圧電振動素子を気密封止する蓋体と、を備える。

本発明によれば、パッケージの搭載パッドと枠体の内壁との間に弾性部材を設けたことにより、圧電振動素子をパッケージの凹部空間内に搭載する際、圧電振動素子の搭載位置が所望の位置から枠体側へずれたとしても、圧電振動素子と枠体との間には弾性部材が介在する形となり、この弾性部材が緩衝材となって圧電振動素子に欠け等の破損が生じる可能性を低減することができる。

本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。図１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態に係る圧電デバイスの一例を示す部分拡大図である。本実施形態に係る圧電デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図である。本実施形態に係る圧電デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係る圧電デバイスの他の一例を示す部分拡大図である。本実施形態に係る圧電デバイスの蓋体を外した状態の他の一例を示す平面図で

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の圧電デバイスは、図１及び図２に示すように、パッケージ１１０と、圧電振動素子としての水晶振動素子１２０と、蓋体１３０とで主に構成されている。

パッケージ１１０は、四角形状をなす平板状のベース１１０ａの第１主面（上面）に、その外周にそって枠体１１０ｂを取着させるとともに、該枠体１１０ｂの内側部位に弾性部材１１２を環状に設けた構造を有している。

ベース１１０ａは、第１主面で枠体１１０ｂおよび水晶振動素子１２０等を支持するための支持部材として機能するものであり、第１主面には、外周縁部に沿って枠体１１０ｂを接合するための環状の導体膜ＨＢと、該導体膜ＨＢの内側に水晶振動素子１２０を接合するための搭載パッド１１１とが設けられ、第２主面（下面）には、四隅に入力端子、出力端子、グランド端子等の外部接続用電極端子Ｇが設けられている。

このようなベース１１０ａ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からなる絶縁層を１層または複数層積層することによって形成されており、ベース１１０ａの表面および内部には、第１主面の搭載パッド１１１および導体膜ＨＢと第２主面の外部接続用電極端子Ｇとを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）およびビア導体（図示せず）が設けられている。

なお、ベース１１０ａは、アルミナセラミックスから成る場合、まず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を準備し、次にセラミックグリーンシートの表面および該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従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布し、これらのグリーンシートを積層してプレス成形した後、高温で焼成し、最後に導体パターンの所定部位、具体的には、搭載パッド１１１および外部接続用電極端子Ｇとなる部位にニッケルメッキ、金メッキ等を施すことにより製作される。

一方、枠体１１０ｂは、Ａｇ−Ｃｕ等のロウ材を介してベース１１０ａの導体膜ＨＢに接合されている。

枠体１１０ｂは、ベース１１０ａ上に水晶振動素子１２０を収容するための凹部空間Ｋ１を形成するためのスペーサとして機能するものであり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属によって環状をなすように形成され、導体膜ＨＢやベース１１０ａの配線パターン等を介して外部接続用電極端子Ｇの１つであるグランド端子と電気的に接続されている。

なお、枠体１１０ｂは、金属板を従来周知の打ち抜き加工することによって製作され、これをＡｇ−Ｃｕ等のロウ材を介してベース１１０ａの導体膜ＨＢ上に載置させ、しかる後、ロウ材を７００℃〜９００℃の温度で加熱・溶融させることによりベース１１０ａの第１主面にロウ付け・接合される。

そして、弾性部材１１２は、図４に示すように搭載パッド１１１と枠体１１０ｂの内壁との間に、後述する水晶振動素子１２０を取り囲むようにして環状に設けられている。

弾性部材１１２は、枠体１１０ｂよりも弾性率が小さな電気絶縁性材料、例えば、ヤング率が０．０５〜０．２０ＧＰａの樹脂材料によって形成されており、図３に示すように、頂部の高さは水晶振動素子１２０の下面よりも上方に位置し、外周部は枠体１１０ｂの内壁と接するようにしてベース１１０ａの第１主面に取着されている。

この弾性部材１１２は、枠体１１０ｂを形成する金属等と比較して十分に小さなヤング率を有した弾性材料、例えば、枠体１１０ｂがＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のヤング率（１５９ＧＰａ）の１００分の１以下に相当する０．０５〜０．２０ＧＰａのヤング率を有した弾性材料により形成されている。このため、圧電デバイスの組み立て時等に水晶振動素子１２０が所望の位置より枠体１１０ｂ側にずれて配置されたとしても、水晶振動素子１２０と枠体１１０ｂとの間には弾性部材１１２が介在し、この弾性部材１１２によって水晶振動素子１２０がパッケージ１１０と接触したときの衝撃を良好に緩和することができる。したがって、水晶振動素子１２０に欠け等の破損が生じる可能性を低減することができる。

また、このような弾性部材１１２は、上端を水晶振動素子１２０の下面よりも上方に位置させておくことにより、水晶振動素子１２０をパッケージ１１０に搭載する際、水晶振動素子１２０が枠体１１０ｂ側へずれたときに水晶振動素子１２０をより確実に弾性部材１１２に接触させることができる。したがって、弾性部材１１２の上端を水晶振動素子１２０の下面よりも上方に位置させておくことが好ましい。

さらに、弾性部材１１２は、外側端部を枠体１１０ｂに接着させ、内側端部を搭載パッド１１１より外方に位置させておくことにより、パッケージ１１０に対する水晶振動素子１２０の接合面積を十分に広く確保しつつ全体構造の小型化にも適した構成となすことができる。したがって、弾性部材１１２の外側端部を枠体１１０ｂに接着させ、弾性部材１１２の内側端部を搭載パッド１１１より外方に位置させておくことが好ましい。

ここで弾性部材１１２のヤング率を０．０５ＧＰａ以上に設定しておくことにより、水晶振動素子１２０が弾性部材１１２に接触した場合に弾性部材１１２が水晶振動素子１２０との接触に起因した変形によってパッケージ１１０から剥離するのを抑制することができ、また弾性部材１１２のヤング率を０．２０ＧＰａ以下に設定しておくことにより、弾性部材１１２の一部が水晶振動素子１２０との接触により削り取られて水晶振動素子１２０の表面に異物として付着する可能性を低減することができる。したがって、弾性部材１１２のヤング率は０．０５ＧＰａ〜０．２０ＧＰａに設定しておくことが好ましい。

このような弾性部材１１２のヤング率を測定するための方法としては、例えば、ナノインデンテーション法を用いることができる。測定装置としては、例えば、ナノインスツルメント社製の「ナノインデンターII」が用いられる。

なお、弾性部材１１２は、例えば、シリコーン樹脂の前駆体を従来周知のディスペンス法等によってベース１１０ａの第１主面上に環状に塗布し、これに加熱・重合させることにより形成される。

そして、上述したパッケージ１１０の凹部空間Ｋ１には水晶振動素子１２０が収容されている。

水晶振動素子１２０は、長方形状をなす水晶素板１２１の両主面にと励振用電極１２２および引き出し電極１２３を被着させた構造を有しており、パッケージ１１０のベース１１０ａに設けられている搭載パッド１１１に導電性接着剤ＤＳを介して接続されている。本形態においては、水晶振動素子１２０の長辺方向の一端側を固定端とし、他端側を自由端とした片保持構造にて水晶振動素子１２０がパッケージ１１０のベース１１０ａ上に固定されている。

このような水晶振動素子１２０は、外部からの交番電圧が引き出し電極１２３および励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、励振用電極１２２間に位置する水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こす。

なお、水晶振動素子１２０は、例えば、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すことによって水晶素板１２１を得、その両主面に従来周知のスパッタリング技術等によって金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２および引き出し電極１２３を形成することにより製作される。

そして、水晶振動素子１２０をパッケージ１１０に搭載する際は、搭載パッド１１１に導電性接着剤ＤＳをディスペンサ等によって塗布し、しかる後、上述のようにして得た水晶振動素子１２０を治具等で固定されたパッケージ１１０の凹部空間Ｋ１内の導電性接着剤上に搬送し、これを加熱・硬化させることによって行われる。導電性接着剤ＤＳとしては、シリコーン樹脂等から成るバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末を含有させたもの等が用いられ、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る。

また、上述した水晶振動素子１２０の搬送には画像認識システムを備えたマウント装置が用いられ、画像認識システムに予め記憶させておいた位置情報に基づいて水晶振動素子１２０の搭載位置を平面方向に微調整して水晶振動素子１１２の位置決めがなされる。このとき、水晶振動素子１２０の位置が外側に若干ずれたとしても、先に述べたようにパッケージ１１０の搭載パッド１１１と枠体１１２ｂの内壁との間には弾性部材１１２が設けられており、弾性部材１１２が緩衝材として機能することから、水晶振動素子１２０が枠体１１２ｂと接触して破損するといった不都合が有効に抑制され、圧電デバイスの生産性を良好に維持することができる。

そして、このようなパッケージ１１０の上部には、凹部空間Ｋ１を塞ぐようにして蓋体１３０が取着されている。

蓋体１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、枠体１１０ｂの上面と接合されることによって水晶振動素子１２０が収容されている凹部空間Ｋ１を気密封止している。

なお、蓋体１３０はＦｅ−Ｎｉ合金等から成る板状体を所定形状に打ち抜くことによって製作され、得られた蓋体１３０をパッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置した上、これらを真空雰囲気中もしくは窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中でシーム溶接し、枠体１１０ｂと蓋体１３０の一部とを溶接することにより蓋体１３０がパッケージ１１０に接合される。

以上のような本形態の圧電デバイスによれば、パッケージ１１０の搭載パッド１１１と枠体１１０ｂの内壁との間に弾性部材１１２を設けたことにより、水晶振動素子１２０をパッケージ１１０の凹部空間Ｋ１内に搭載する際、水晶振動素子１２０の搭載位置が所望の位置からずれて枠体１１０ｂと接触しようとしても、水晶振動素子１２０と枠体１１０ｂとの間には弾性部材１１２が介在する形となり、水晶振動素子に欠け等の破損が生じる可能性を低減することができる。これにより、信頼性および生産性に優れた圧電デバイスを得ることができる。

また、本形態のように枠体１１０ｂが金属から成る場合、弾性部材１１２の上端を水晶振動素子１２０の下面よりも上方に位置させておくことにより、パッケージ１１０の表面をプラズマ洗浄した際などに、搭載パッド１１１等の表面が一部削れることで金属屑が飛散しても、枠体１１０ｂと搭載パッド１１１とが金属屑によってショートする可能性が著しく低減される。したがって、弾性部材１１２の上端は水晶振動素子１２０の下面よりも上方に位置させておくことが好ましい。

尚、本発明は上述した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、上述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振動素子を用いた圧電デバイスを説明したが、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あっても構わない。

また、上述した実施形態では、枠体１１０ｂの内側部位に弾性部材１１２を環状に設けるようにしたが、これに代えて、
図５及び図７に示すように、圧電振動素子１２０の引き出し電極１２３側にのみ、弾性部材１１２をＵ字状に設けても構わない。

さらに、上述した実施形態では、弾性部材１１２の外側端部を枠体１１０ｂに接着させ、内側端部を搭載パッド１１１より外方に位置させるように構成したが、これに代えて、図６に示すように、弾性部材１１２の外側端部を枠体１１０ｂの内壁より離間させて設けるようにしても構わない。

またさらに、上述した実施形態では、パッケージ１１０を、セラミック材料から成るベース１１０ａと金属から成る枠体１１０ｂとで構成するようにしたが、これに代えて、パッケージを、セラミック材料から成るベースとセラミック材料から成る枠体とで一体的に構成するようにしても構わない。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・ベース
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・弾性部材
１２０・・・水晶振動素子（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
Ｋ１・・・凹部空間
Ｇ・・・外部接続用電極端子
ＤＳ・・・導電性接着剤

Claims

上面に搭載パッドを有したベースと、
前記搭載パッドを囲むようにして前記ベース上に取着され、内側に圧電振動素子が配置される枠体と、
前記搭載パッドと前記枠体の内壁との間に設けられた弾性部材と、を備えたパッケージ。
前記枠体が金属からなり、前記弾性部材が電気絶縁性材料からなることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
前記弾性部材は、前記枠体の内周に沿って環状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
前記弾性部材は、外側端部が前記枠体に接着され、内側端部が前記搭載パッドより外方に位置していることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
前記弾性部材は、ヤング率０．０５〜０．２０ＧＰａの樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
請求項１乃至５のいずれかに記載のパッケージと、
前記枠体の内側に配置され、前記搭載パッドに接続された圧電振動素子と、
前記パッケージに接合されて前記圧電振動素子を気密封止する蓋体と、を備えた圧電デバイス。
前記弾性部材の上端は、前記圧電振動素子の下面よりも上方に位置していることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。