JP2013138293A - Piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度センサーとなるセンサー部品をパッケージ内に含む圧電デバイスに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric device including a sensor component serving as a temperature sensor in a package.
圧電デバイスに用いられる圧電振動子は周囲環境温度により周波数が変化する温度特性を持っている。しかしながら、例えば移動体通信機器などで用いられる圧電デバイスにおいては発振周波数の変動幅が非常に小さく、また高い精度が求められる。このことにより従来から、圧電素子とその近傍に独自の出力を持つ温度センサーを置き、当該温度センサーの情報に基づき外部の回路にて温度補償を行うような構成の圧電デバイスが考えられている。例えば、特開2005−286892(特許文献1)、特開2008−205938(特許文献2)はその一例を示す先行技術である。 Piezoelectric vibrators used in piezoelectric devices have temperature characteristics in which the frequency varies with the ambient temperature. However, for example, in a piezoelectric device used in a mobile communication device or the like, the fluctuation range of the oscillation frequency is very small and high accuracy is required. For this reason, a piezoelectric device having a configuration in which a temperature sensor having a unique output is placed in the vicinity of a piezoelectric element and temperature compensation is performed by an external circuit based on information of the temperature sensor has been considered. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-286892 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-205938 (Patent Document 2) are prior arts showing examples thereof.
圧電デバイスに内蔵される温度センサーにはサーミスタ、ダイオードなどがある。温度センサーは圧電デバイスの要求仕様やパッケージ構成等によって適宜選択されるが、外形サイズの異なる温度センサーを用いることがある。このような場合、小型の温度センサーを考慮して温度センサー搭載用の電極パッドを近接させる構成が考えられるが、半田等の金属ろう材または導電性樹脂接着剤等の導電接合材で接続した際に、導電性接合材が狭い電極間に流れ込み短絡(ショート)するという問題が生じる。また、狭い電極間構成が外形サイズの大きい温度センサーの短絡(ショート)を招くこともあった。 Temperature sensors built into piezoelectric devices include thermistors and diodes. The temperature sensor is appropriately selected depending on the required specifications of the piezoelectric device, the package configuration, and the like, but a temperature sensor having a different external size may be used. In such a case, a configuration in which the electrode pad for mounting the temperature sensor is considered in consideration of a small temperature sensor can be considered, but when connected with a metal brazing material such as solder or a conductive bonding material such as a conductive resin adhesive In addition, there is a problem that the conductive bonding material flows between the narrow electrodes and short-circuits. In addition, the narrow inter-electrode configuration may cause a short circuit of a temperature sensor having a large outer size.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、パッケージ内にサイズの異なる温度センサーとなるセンサー部品を搭載可能とし、また短絡(ショート)の問題の生じ難い圧電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Therefore, the object of the present invention is to make it possible to mount sensor parts serving as temperature sensors of different sizes in a package, and to prevent the occurrence of a short circuit problem. The purpose is to provide a device.
本発明は励振電極の形成された圧電素子と、温度センサーをパッケージに収納した圧電デバイスであって、前記パッケージには基板と基板上に温度センサーと導電接続される2組のセンサー部品用電極パッドを有し、2組の電極パッドは各々一方のセンサー部品用電極パッドと他方のセンサー部品用電極パッドを有し、一方のセンサー部品用電極パッドが各々共通接続され、他方のセンサー部品用電極パッドが各々共通接続され、一方の組の電極パッドの間隔が、他方の組の電極パッドの間隔よりも小さくなっており、1組のセンサー部品用電極パッドにのみ温度センサーを搭載したことを特徴とする圧電デバイスである。 The present invention relates to a piezoelectric device in which an excitation electrode is formed and a temperature sensor housed in a package, the package comprising a substrate and two sets of electrode pads for sensor components that are conductively connected to the temperature sensor on the substrate. The two electrode pads each have one sensor component electrode pad and the other sensor component electrode pad, and one sensor component electrode pad is commonly connected to the other sensor component electrode pad. Are commonly connected, and the interval between one set of electrode pads is smaller than the interval between the other set of electrode pads, and the temperature sensor is mounted only on one set of sensor component electrode pads. This is a piezoelectric device.
上記、温度センサーとなるセンサー部品としては、サーミスタ、ダイオードを例示できる。またダイオードはトランジスタのベース・エミッタ間のジャンクションを使用してもよい。以下、これらをセンサー部品と呼ぶ。 Examples of the sensor component serving as the temperature sensor include a thermistor and a diode. The diode may use a junction between the base and emitter of the transistor. These are hereinafter referred to as sensor parts.
上記構成により、前記一方のセンサー部品用電極パッドに搭載するセンサー部品と前記センサー部品用電極パッドに搭載するセンサー部品では、異なるサイズのセンサー部品を選択的に搭載することが可能である。また、流動性のある溶融半田等の接合材を用いてサーミスタ等からなる大型のセンサー部品を、電極パッドの離間幅の大きい他方の組のセンサー部品用電極パッドに搭載することにより、搭載時の接合材による短絡(ショート)の危険性を減少させた。 With the above configuration, it is possible to selectively mount sensor components of different sizes between the sensor component mounted on the one sensor component electrode pad and the sensor component mounted on the sensor component electrode pad. In addition, by mounting a large sensor component consisting of a thermistor, etc. using a joining material such as molten solder that has fluidity on the other electrode pad for the sensor component with a large separation width of the electrode pad, Reduced the risk of short circuit due to bonding material.
また、前述した一方の組のセンサー部品用電極パッドより、他方の組のセンサー部品用電極パッドを大型化してもよい、このような構成により、大型センサー部品を安定して搭載することができる。 Further, the sensor pad electrode pad of the other set may be made larger than the electrode pad for the sensor component of the one set described above, and the large sensor component can be stably mounted by such a configuration.
また、前述した一方のセンサー部品用電極パッドの厚みが、先端部のみ他より大きくても良い。 In addition, the thickness of one of the sensor component electrode pads described above may be larger at the tip than at the other.
上記構成をとることにより、小型の半導体センサー部品のFCB(フリップチップボンディング)実装を行いやすくなる。 By adopting the above configuration, it becomes easy to perform FCB (flip chip bonding) mounting of a small semiconductor sensor component.
また、前述した一方のセンサー部品用電極パッドに対して、対向する他方の電極パッドが大きな面積を持っていてもよい。 Moreover, the other electrode pad which opposes with respect to the one electrode pad for sensor components mentioned above may have a large area.
上記構成をとることにより、搭載面積の小さなセンサー部品をFCBなどで接合する場合であっても先端部の面積が小さい側に接合点を一点設け、先端部の面積の大きい側に接合点を複数点設けることが可能となり、センサー部品の小型化に対応するとともに、接合の安定性を高めることができる。 By adopting the above configuration, even when sensor parts with a small mounting area are joined by FCB, etc., one joining point is provided on the side with a small tip end area, and a plurality of joining points are provided on the side with a large tip end area. It is possible to provide points, and it is possible to cope with the downsizing of sensor parts and to improve the stability of joining.
また、前記センサー部品用電極パッドの先端部の少なくとも一方が、対向するセンサー部品用電極パッドに向けて漸次幅が減少する構成であってもよい。 Further, at least one of the tip parts of the sensor component electrode pads may be configured such that the width gradually decreases toward the opposing sensor component electrode pads.
上記構成をとることにより、センサー部品をセンサー部品用電極パッドに搭載する際の画像認識による精度を向上することができる。また、同時に前記センサー部品を電気的に接合した後に、センサー部品とセンサー部品下部に位置する基板とを補助的にアンダーフィル等の樹脂材で接合を補強する場合において、温度センサーの下部に樹脂材を流れ込みやすくすることができ、接合強度を強化することができる。 By adopting the above configuration, it is possible to improve the accuracy by image recognition when the sensor component is mounted on the sensor component electrode pad. In addition, when the sensor component is electrically joined at the same time and the joint between the sensor component and the substrate located below the sensor component is supplementarily reinforced with a resin material such as an underfill, a resin material is provided below the temperature sensor. Can be made to flow easily, and the bonding strength can be enhanced.
また、前記センサー部品を収納する第1のキャビティと、前記圧電素子を収納する第2のキャビティが別空間であり、更に、第1のキャビティと第2のキャビティが、基板を挟んで相反する方向に形成された構成であり、前記第2のキャビティの基板の中央部が凹状に湾曲していてもよい。 The first cavity for storing the sensor component and the second cavity for storing the piezoelectric element are separate spaces, and the first cavity and the second cavity are in opposite directions with the substrate interposed therebetween. The center portion of the substrate of the second cavity may be curved in a concave shape.
上記構成を取ることによって、第2のキャビティのセンサー部品と基板とを樹脂材で接合した際に、第2のキャビティS2の底部の端部に樹脂材が溜まることを防ぎセンサー部品の下部に樹脂材を流れ込みやすくすることができる。 By adopting the above configuration, when the sensor component of the second cavity and the substrate are joined with a resin material, the resin material is prevented from accumulating at the bottom end of the second cavity S2, and the resin is formed under the sensor component. The material can be made to flow easily.
また、前記センサー部品と前記圧電素子とが、同一空間に収納されてもよい。 The sensor component and the piezoelectric element may be housed in the same space.
上記構成を取ることによって、センサー部品が圧電素子の実際の温度をより正確に検出することができる。 By adopting the above configuration, the sensor component can more accurately detect the actual temperature of the piezoelectric element.
また、前記センサー部品と前記基板とを補助的に樹脂材で接合してもよい。 Further, the sensor component and the substrate may be supplementarily joined with a resin material.
上記構成を取ることによって、パッケージからセンサー部品への熱の伝道効率を上げることができる。また、センサー部品と基板との接合強度を強化させる役割も担う。 By adopting the above configuration, the efficiency of heat transfer from the package to the sensor component can be increased. It also plays a role of enhancing the bonding strength between the sensor component and the substrate.
以上のように、本発明の圧電デバイスによれば、サイズの異なるセンサー部品を選択的に搭載することが可能であり、また、短絡(ショート)の危険性も少ない圧電デバイスを得ることができる。 As described above, according to the piezoelectric device of the present invention, it is possible to selectively mount sensor parts having different sizes, and it is possible to obtain a piezoelectric device with a low risk of short circuit.
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第1の実施の形態を表面実装型の水晶振動デバイスを例にとり、図1および図2、図3と共に説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3, taking a surface-mount type crystal vibrating device as an example.
圧電振動デバイスは平面視矩形状の圧電素子10と小型センサー部品80と、これら圧電素子10と小型センサー部品80を搭載するパッケージ1で構成される。そしてパッケージ1は上部が開口した第1のキャビティS1、下部が開口した第2のキャビティS2を有するケース体2とケース体2の上部を封止する蓋体4とその接合部となる金属リング6、接合部材3で構成される。
The piezoelectric vibration device includes a
パッケージ1は、少なくとも圧電素子10および温度センサーとなる小型センサー部品80を収容可能な筐体である。圧電素子10の収納場所と小型センサー部品80の収納場所は基板2-Xを挟んで相反する方向に形成されており、それぞれ上部収納場所キャビティS1、下部収納場所キャビティS2からなる。キャビティS1は圧電素子10を搭載後、蓋体4によって密閉され、それにより外部との機械的接触を防ぐ。また、パッケージ1は複数の部材から構成されてもよく、第1の実施形態においてはケース体2、接合部材3、蓋体4と金属リング6からなる。
The
ケース体2は圧電素子10及び小型センサー部品80を収納することができる前記第1のキャビティS1と第2のキャビティS2を有し、これらの各キャビティは平面視において長辺と短辺を持つ矩形を有している。圧電素子10の搭載位置である第1のキャビティS1には前記長辺の一方端の近傍に圧電素子用電極パッド31,32を持ち、小型センサー部品80の搭載位置である第2のキャビティS2にはセンサー部品用電極パッド41,42と43,44を持つ。また、ケース体2は第1のキャビティS1の外周に堤部2-A、堤部2-Aの上面に堤部上面2-Bを有し、当該堤部上面2-Bの一部と金属リング6が接合される。また、ケース体2の前記長辺の他方端近傍上に配される枕12は、帯状に伸びた突起部であり、外部からの衝撃を受けた際、圧電素子10のたわみを抑制し、耐衝撃性を向上させるためのものである。
The
ケース体2の構成は、アルミナセラミックの絶縁素材を複数積層することによって形成されている。また、ケース体2内部には外部への電気的接続となる配線が形成されている。本発明の実施例1においては圧電素子用電極パッド31,32は図2(a)に示すように、ケース体2のキャビティS1内の底面の長手方向の一辺に偏り、短辺方向に並んで2個一対で形成される。また、センサー部品用電極パッド41,42と43,44は図2(a)に示すように、キャビティS2内の底面に長手方向の両端に偏り、それぞれ2個1組で2組形成されている。上記、圧電素子用電極パッド31,32、センサー部品用電極パッド41,42とセンサー部品用電極パッド43,44はW(タングステン)によるメタライズ膜の上に、Ni,Auのメッキ膜が積層して構成されている。センサー部品用電極パッド41,42はキャビティS2の底面の長手方向の一方に形成されており、小型センサー部品80の搭載部である。センサー部品用電極パッド41,42は平行に対向辺が正対向しないずれた状態で配置されている。また、センサー部品用電極パッド43,44はキャビティS2の底面の長手方向の他方に形成されており、センサー部品用電極パッド41,42よりも互いの間隔が広く形成され、電極パッドのサイズも大型となっている。センサー部品が小型サイズとなった場合、センサー部品用電極パッド41,42で導電接合することができ、またセンサー部品が大型サイズとなった場合、センサー部品用電極パッド43,44へ搭載することが可能であり、搭載するセンサー部品のサイズを幅広く設定することが可能となる。また、そのセンサー部品用電極パッド41,42の間の幅は短絡(ショート)事故を防止するため0.01mm以上が望ましい。本実施例においてはメタライズ膜はW(タングステン)からなるがMo(モリブデン)によって形成されてもよく、ケース体2の基材にアルミナセラミックを用いているが、その他の例としてガラスセラミック、ガラス等の絶縁素材を用いてもよい。
The structure of the
また、ケース体2はスルーホールビアと内部配線を有しており、これらにより、ケース体2の電気配線を行っている。前記圧電素子用電極パッド31,32およびセンサー部品用電極パッド41,42とセンサー部品用電極パッド43,44は内部配線およびスルーホールビアによって外部に引き出されている。スルーホールビアはスルーホール内部を導電材で埋めることにより、配線間の電気的接続を行う。このスルーホールビアに使用される導電材としては、例えば、W、Moなどの金属が上げられる。内部配線はケース体2外周の角部に設けられたキャスタレーションに有る金属膜からなる端子電極K1,K2,K3,K4に繋がっており、それぞれの裏面の外部接続端子51,52,53,54に電気的接続がされている。なお、端子電極及び外部接続端子もWもしくはMoによるメタライズ膜の上に、Ni,Auのメッキ膜が積層して構成されている。圧電素子用電極パッド31は端子電極K3に内部配線で繋がっており、圧電素子用電極パッド32は端子電極K2に繋がっている。また、図3に示すように、センサー部品用電極パッド41とセンサー部品用電極パッド43は内部配線45に繋がっており、端子電極K1に接続されている。一方、センサー部品用電極パッド42とセンサー部品用電極パッド44は内部配線46に繋がっており、端子電極K4に接続されている。以上の構成により圧電素子用電極パッド31,32はそれぞれ外部接続端子53,52に電気的接続され、センサー部品用電極パッド41とセンサー部品用電極パッド43は外部接続端子51へ、センサー部品用電極パッド42とセンサー部品用電極パッド44は外部接続端子54に電気的接続されている。
Further, the
次に前記ケース体2の作製方法の例を上げる。アルミナセラミックから成る場合、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し、混合してセラミックグリーンシートを得る。セラミックグリーンシートの表面などに圧電素子用電極パッド31,32やセンサー部品用電極パッド41,42,43,44、外部接続端子51,52,53,54等となる導電ペーストを所定のパターンにて塗布するとともに、セラミックグリーンシートに予め穿設しておいたスルーホール内にビア導通材となる導電ペースト(メタライズ用ペースト)を塗布し、これを複数枚積層してプレス成型した後、高温で焼成することによって製作される。この積層の際、キャビティS1、キャビティSに対応する数層分のセラミックグリーンシートの中央に穴を開けたものを使用することによって、キャビティS1、キャビティS2を形成することができる。
Next, an example of a method for producing the
金属リング6は中心が打ち抜かれた枠状となり、コバール材(Fe−Ni−Co合金)からなる。また金属リング6のその他の例として42アロイ材(Fe−Ni合金)などの金属から形成されてもよい。金属リング6を用いてパッケージ1の側壁を構成する際は、ケース体2の上面の金属リング6を配置する部分にWからなるメタライズ膜(図示せず)を設け、その上部に銀ろうでコバール材からなる金属リング6を接合する。当該金属リング6の表面にはNi,Auによるメッキ膜を積層して構成されている。なお前記メタライズ膜はMo(モリブデン)からなってもよい。
The metal ring 6 has a frame shape with the center punched out and is made of a Kovar material (Fe—Ni—Co alloy). Further, as another example of the metal ring 6, it may be made of a metal such as 42 alloy material (Fe—Ni alloy). When the metal ring 6 is used to form the side wall of the
蓋体4は、ケース体2の上部開口を封止するものであり、平面で見た際に長方形のコバール(Fe−Ni−Co合金)からなる。また金属リング6のその他の例として42アロイ材(Fe−Ni合金)などの金属から形成されてもよい。この蓋体4を形成するコバールは前面をNiで覆われた構成となっている。蓋体4は、ケース体2のキャビティS1を覆うサイズであり、堤部上面2-Bと接着することによってパッケージ1を構成し、圧電素子10やセンサー部品80が動作する空間であるキャビティS1を不活性ガス雰囲気や真空雰囲気に気密封止するものである。また、本実施例においては蓋体4はコバール(Fe−Ni−Co合金)を用いているが、その他の例としてガラス、水晶や、42アロイ(Fe−Ni合金)、セラミック、リン青銅などの金属を用いてもよく、その形状はケース体2を封止して密閉空間とすることができる形状であればよく特に限定されない。またその素材によって接合材は異ならせてもよい。
The
次に蓋体4とケース体2に溶融接着された金属リング6の接着方法について説明する。蓋体4は表面がNiで覆われており、蓋体4は金属リング6のAuメッキ膜上に配される。パラレルシーム溶接機のローラー電極によって蓋体4の稜線部分を押圧しながら通電し、走行することによって蓋体4の接点のNiと金属リング6のAu面の下部にあるNi面が溶融し、Niが接合部材となって気密封止が行われる。本実施形態において蓋体4は表面をNiで覆われているとしたがこれに限らない。また、本実施形態における封止方法はシーム封止であるが、ケース体2および蓋体4の材料によって接合部材3は異なり、接着方法も異なる。その他の例として、電子ビーム溶接などの溶接方法や、金属ろう封止、低融点ガラス封止、樹脂封止などの接合材を用いる方法をとることも可能である。
Next, a method for adhering the metal ring 6 melted and bonded to the
圧電素子10はパッケージ1のキャビティS1内に配置される。圧電素子10は長辺と短辺を有する矩形状のATカット水晶板を用い、その表裏面に対向して電極が形成されている。当該電極は水晶板の上面にCr膜を形成し、その上面にAuまたはAgからなる膜を積層して構成される。また、本実施例における圧電振動子10はATカット水晶振動板であるが、その他の例としてタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、圧電セラミック等の圧電材料で形成されてもよく、圧電素材が水晶であった場合、SCカット振動子、音叉型振動子、双音叉型振動子などを使用することができ、圧電素子10の形状は限定されない。
The
圧電素子10の電極は図2の(b)に示すように、中央に表裏対向した長辺と短辺を有する長方形状の励振電極70を持ち、その励振電極70からの一方の短辺の角部への延長部と、短辺の一方に2個一対で設けられる引き出し電極71,72を有する。この引き出し電極71,72は、それぞれケース体2の圧電素子用電極パッド31,32に接着する部分となる。
As shown in FIG. 2B, the electrode of the
導電性接着剤11はキャビティS1内にあり、ケース体2の一方の短辺側にて圧電素子10をケース体2に固定し、導通させるためのものである。圧電素子10の引き出し電極71,72をそれぞれ、ケース体2の圧電素子用電極パッド31,32上に接着する。これにより、圧電素子10上に形成された励振電極70と電気的接続をおこなう。導電性接着剤11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。この導電性粉末は、Pd,Agを組み合わせて用いる。本実施例における導電性粉末はPd,Agであるが、その他の例としてAl,Mo(モリブデン),W(タングステン),Pt,Ti,Ni,NiFe,のうちのいずれかまたはこれらのどの組み合わせを含むものが用いられてもよく、また、導電性接着剤11の代わりに金属バンプ等を用いてもよい。
The
小型センサー部品80は第2のキャビティS2内に配置される温度センサーであり、ダイオードの代用としてトランジスタのベース・エミッタ間のジャンクションを利用するものである。トランジスタはシリコンウェハによる作製が可能な為小型化が容易であるという利点があり、通常温度センサーとして利用されるサーミスタ等からなるセンサー部品90よりも小さい。トランジスタにはベース、エミッタ、コレクタの3端子が有る。通常は、ベース・エミッタ間に順方向の電圧、コレクタ・ベース間に逆方向の電圧を加えることによって、エミッタ電流に生じる増幅作用を利用する。本発明におけるトランジスタはベース・エミッタ間の2端子のみを接続し、定電流を流し、温度変化によって生じる電圧の変化を用いて温度センサーとして利用する。小型センサー部品80の外部入力端子と外部出力端子(図示せず)をケース体2に設けられたセンサー部品用電極パッド41,42上に接合材21にて固定され導通をとることにより、温度データ信号がパッケージ外部へと出力される。また、小型センサー部品80と基板2-Xの間を樹脂材にて補助接合することによって接合強度を上げている。本実施例における小型センサー部品80はトランジスタからなる温度センサーとしたが、サーミスタやダイオードを温度センサーとして用いてもよい。
The
接合材21は小型センサー部品80を第2のキャビティS2内に固定し、小型センサー部品80の外部接続端子とセンサー部品用電極パッド41,42との導通をとるためのものであり搭載するセンサー部品によって異なる。シリコンウェハからなる小型化されたトランジスタを近接部に搭載する場合にはFCB(フリップチップボンディング)からなる。またその他の例として、半田、導電性接着剤による電気的機械的接合などがある。
The
以上の構成物からなる本実施例1の圧電デバイスの製法を説明する。第1のキャビティS1にある圧電素子用電極パッド31,32に導電性接着剤11を塗布し、その上に圧電素子10を圧電素子用電極パッド31,32と引き出し電極71,72がそれぞれ対応するように搭載した上で、製品を加熱炉に投入し導電性接着剤11を硬化する。次に製品の電極の膜厚を増減することによって周波数を調整し、アニール炉にいれて再度加熱する。真空雰囲気中で第1のキャビティS1上に蓋体4を配し、シーム溶接により接合する。具体的にはシーム溶接機のローラー電極によって蓋体4の稜線部分を押圧しながら通電し走行することによって蓋体4の接点のNiと金属リング6のAu面の下部にあるNi面が溶融し、Niが接合部材となって真空にて気密封止が行われる。密閉後、エージング等の熱処理工程、検査工程を経て、第2のキャビティS2内のセンサー部品用電極パッド41,42に小型センサー80を接合材21を用いて固定する。その後、小型センサー80と基板2-Xとの間に樹脂材22を注入し、樹脂材の乾燥工程を経て最終製品検査を行う。
A method for manufacturing the piezoelectric device of the first embodiment composed of the above components will be described. The
本発明の第1の実施例においては電極パッドが小さく、また、パッド間の幅の狭いセンサー部品用電極パッド41,42と、電極パッドが大きく、また、パッド間の幅の広いセンサー部品用電極パッド43,44が設けられている。このため小型化したトランジスタなどからなる小型センサー部品80をパッド間の狭いセンサー部品用電極パッド41,42に搭載することが可能である。センサー部品用電極パッド41,42はセンサー部品用電極パッド43,44に比べ電極パッドのサイズが小さいため、対向する領域がセンサー部品用電極パッド43,44よりも少ない。これによりセンサー部品用電極パッド43,44の全体を近づけた際よりも短絡(ショート)の危険性が少ない。
In the first embodiment of the present invention,
次に本発明によるセンサー部品用電極パッドの変形例を表面実装型の水晶振動子デバイスを例にとり、図4と共に説明する。 Next, a modified example of the sensor component electrode pad according to the present invention will be described with reference to FIG.
図4における変形例は図2に対し、一方の組のセンサー部品用電極パッド41a,42aと他方の組のセンサー部品用電極パッド43a,44aを第2のキャビティS2の底面においてスルーホールビア411,421,431,441を用いて内部配線を行っている。また、センサー部品用電極パッド41a,42aの小型センサー部品80の搭載部となる先端部401a,402aは厚みが搭載部分外よりも大きくなっている、
4 is different from FIG. 2 in that one set of sensor
ケース体2は本発明の第1の実施形態と同様にアルミナセラミックを積層することによって形成されており、同様の機能を持つが、センサー部品用電極パッド41a,42a,43a,44aはパッケージ1の短辺側のセラミック積層部内部には引き込まれておらず、センサー部品用電極パッド41a,42a,43a,44aのそれぞれの一端にスルーホールビア411,421,431,441を設け、内部配線へと繋がっている。スルーホールビア411,431によってセラミック積層内へと引き込まれたセンサー部品用電極パッド41a,43aは内部配線451へと繋がり、第1の実施形態と同様に端子電極K1を通じて外部接続端子51へと接続されている。また、スルーホールビア421,441によって積層内へと引き込まれたセンサー部品用電極パッド42a,44aも、内部配線461へと繋がり、第1の実施形態と同様に端子電極K4を通じて外部接続端子54へと接続されている。
The
本変形例におけるセンサー部品90はサーミスタからなり、そのサイズは本発明の第1の実施形態において使用される小型センサー部品80より大きい。また、変更点以外については、上記実施例で用いられるパッケージ1を構成するケース体2、接合部材3、蓋体4と、圧電素子10、導電性接着剤11、は本発明の第1の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状も順ずるものである。
The
上記、第1の実施形態の変形例であるスルーホールビア411,421,431,441によって配線をセラミック積層内に引き込むことの効果とセンサー部品用電極パッド41a,42aの先端部401a,402aの厚みが他の部分よりも大きくなっていることの効果を説明する。
The effect of drawing the wiring into the ceramic laminate by the through-
上記、第1の実施形態において、第2のキャビティS2の内壁上端外枠と外部接続端子51,52,53,54はパッケージの小型化が進むにつれ近接する。このため、第2のキャビティS2内でセンサー部品90を半田付けした際に溶融した半田が第2のキャビティS2内のセンサー部品用電極パッド43,44より外壁を伝い流れだし、ケース体2の底面に達した場合、半田が外部接続端子51〜54に接し、短絡(ショート)する可能性がある。本発明の第1の実施形態の変形例においてはセンサー部品用電極パッド43a,44aがキャビティS2の内壁に接していないため、半田の外部接続端子への流れ込みを防ぐことができる。
In the first embodiment described above, the inner wall upper end outer frame of the second cavity S2 and the
また、センサー部品用電極パッド41a,42aに小型センサー部品を搭載することを選択した場合、センサー部品用電極パッドの先端部401a,402aの厚みが搭載部分以外よりも厚くなっていることにより、センサー部品のFCB(フリップチップボンディング)実装を行いやすくすることができる。
Further, when it is selected that the small sensor component is mounted on the sensor
次に本発明による第2の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり、図5と共に説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例はパッケージ1を第1の実施形態とは異なる構成とし、センサー部品用電極パッド41b,42bは対向する部分の形状が異なっている。センサー部品用電極パッド41bの対向部分である先端部401bは半円状の曲率を有する。センサー部品用電極パッド42bの対向部分である先端部402bはT字形状で、センサー部品の接合領域を広く確保している。
In this example, the
パッケージ1は、少なくとも圧電素子10および温度センサーとなる小型センサー部品80を収容可能な筐体である。圧電素子10の収納場所と小型センサー部品80の収納場所は基板2-Xを挟んで相反する方向に形成されており、それぞれ上部収納場所第1のキャビティS1、下部収納場所第2のキャビティS2からなる。第1のキャビティS1は圧電素子10を搭載後、蓋体4によって密閉され、それにより外部との機械的接触を防ぐ。また、パッケージ1は複数の部材から構成されてもよい。本発明の第1の実施形態の圧電デバイスにおいてパッケージ1はケース体2および接合部材3、蓋体4からなる。
The
ケース体2は圧電素子10及び小型センサー部品80を収納することができる第1のキャビティS1と第2のキャビティS2を有し、上方、下方が共に開口した形状であり、これらキャビティは平面視において長辺と短辺を持つ矩形である。圧電素子10の搭載位置である第1のキャビティS1には圧電素子用電極パッド31,32を持ち、小型センサー部品80の搭載位置である第2のキャビティS2にはセンサー部品用電極パッド41b,42b,43b,44bを持つ。また、ケース体2は第1のキャビティS1の外周に堤部2-A、堤部2-Aの上面に堤部上面2-Bを有し、当該堤部上面2-Bの1部と蓋体4が接合される。
The
ケース体2は本発明の第1の実施形態と同様にアルミナセラミックを積層することによって形成されており、同様の機能を持つが、センサー部品用電極パッド41bとセンサー部品用電極パッド42bは対向する辺が正対向しており、センサー部品用電極パッド41bの先端部401bは対向するセンサー部品用電極パッド41bに向けて漸次幅が減少する構成である半円となっており、一方、センサー部品用電極パッド42bの先端部402bは、他方よりも大きな面積を持つように形成されている。その他、内部配線による接続先は本発明の第1の実施形態と同様である。
The
蓋体4はコバールを基材とし、上面をNiで覆われている。また接合面である下面は緩衝材となるCuで覆い、その下に板状のAgろうを配した4層構造となっている。
The
次に蓋体4とケース体2の接着方法について説明する。ケース体2の堤部上面2-Bに予めW(タングステン)などから構成されるメタライズ膜を厚めに設け、その上にNi,Auなどからなるメッキ膜を配する。堤部上面2-Bに蓋体4のAgろうが接した状態でシーム溶接機の通電ローラー電極によって蓋体4の稜線部分を押圧しながら電気をかけ走行することによって蓋体4の接点のAgろうとケース体2のAuが溶融し、気密封止が行われる。
Next, a method for bonding the
また、本発明の第2の実施形態における変更点以外については、上記実施例で用いられるパッケージ1を構成するケース体2、接合部材3、蓋体4と、圧電素子10、導電性接着剤11、小型センサー部品80は本発明の第1の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状も順ずるものである。
Further, except for the changes in the second embodiment of the present invention, the
上記、第2の実施形態であるセンサー部品用電極パッド41b,42bの先端部401b,402bの形状変更による効果を説明する。センサー部品用電極パッド41bの先端部401bを半円形状とすることにより、小型センサー部品80をセンサー部品用電極パッド41b,42bに搭載する際の画像認識による精度を向上することができる。また、同時に小型センサー部品80を電気的に接合した後に、小型センサー部品80とセンサー部品下部に位置する基板2-Xとを補助的にアンダーフィル等の樹脂材22で接合を補強する場合において、温度センサーの下部に樹脂材を流れ込みやすくすることができ、接合強度を強化することができる。また、センサー部品用電極パッド42bの先端部402bを他方の先端部401bよりも大きな面積を持つことにより、搭載面積の小さな小型センサー部品80をFCB(フリップチップボンディング)などで接合する場合であっても先端部の面積が小さい側に接合点を一点設け、先端部の面積の大きい側に接合点を複数点設けることが可能となり、小型センサー部品80に対応するとともに、接合の安定性を高めることができる。
The effect by the shape change of the front-end | tip
次に本発明による第3の実施形態を表面実装型の水晶振動発振器を例にとり、図6と共に説明する。 Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 6 by taking a surface-mounted crystal oscillator as an example.
本発明による第3の実施形態は第1の実施形態における第2のキャビティS2の形状を変更したものである。第2のキャビティS2には側壁と底面が有り、底面は基板2-Xの表面に対応している。また、第2のキャビティの底面の端部よりも中央部が凹状に湾曲している形態である。 In the third embodiment of the present invention, the shape of the second cavity S2 in the first embodiment is changed. The second cavity S2 has a side wall and a bottom surface, and the bottom surface corresponds to the surface of the substrate 2-X. Moreover, it is the form which the center part is curving concavely rather than the edge part of the bottom face of a 2nd cavity.
第3の実施形態におけるケース体2の変更点以外については、上記実施例で用いられるパッケージ1を構成するケース体2、接合部材3、蓋体4と、圧電素子10、導電性接着剤11、小型センサー部品80は本発明の第1の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状も順ずるものである。
Except for the change of the
上記第3の実施形態をとることにより、第2のキャビティS2にセンサー部品80を搭載し、接続の強化及び、電極パッド部の保護のために小型センサー部品80の下部に樹脂材を流し込んだ際に、基板2-Xの中央部に向けて流れ込みやすくすることができる。
By adopting the third embodiment, when the
次に本発明による第4の実施形態を表面実装型の水晶振動発振器を例にとり、図7,図8,図9と共に説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7, 8, and 9 by taking a surface mount type crystal oscillator as an example.
本発明による第4の実施形態はパッケージ1のキャビティをキャビティS1のみとした一体型パッケージであり、キャビティS1内に圧電素子10と小型センサー部品80を搭載し、また、圧電素子10の保持方法を両側保持とした形態である。また、センサー部品用電極パッド42cの先端部402cを他方の先端部401cよりも小さな面積としている。センサー部品用電極パッド43c,44cについては第1の実施形態の変形例と同様に内壁には達していない。
The fourth embodiment according to the present invention is an integrated package in which the cavity of the
ケース体2は、圧電素子10及び小型センサー部品80を収容することができる前述のキャビティS1と凹部S3を有し、上方が開口した容器状の構成であり、平面視において長辺と短辺を持つ矩形である。また、ケース体2はキャビティS1の外周に堤部2-Aを有し、堤部2-Aの上面に堤部上面2-Bを有し、当該堤部上面の一部と蓋体4が接合される。
The
ケース体2の構成は、アルミナセラミックの絶縁素材を複数積層することによって形成されている。また、ケース体2は内部底面に段差を有しており、ケース体2内部には外部への電気的接続となる配線が形成されている。本発明の実施例1においては圧電素子用電極パッド31,32は図7(a)に示すように、ケース体2のキャビティS1内の底面の両側に対角線上に2個一対で形成される。また、センサー部品用電極パッド41c,42cと43c,44cは図2(a)に示すように、キャビティS1内の底面に長手方向の両端に偏り、それぞれ2個1組で2組形成されている。上記、圧電素子用電極パッド31,32、センサー部品用電極パッド41c,42cはW(タングステン)によるメタライズ膜の上に、Ni,Auのメッキ膜が積層して構成されている。センサー部品用電極パッド41c,42cはキャビティS1の底面の長手方向の一方に形成されており、小型センサー部品80の搭載部である。センサー部品用電極パッド41c,42cは平行に対向する辺が正対向に配置されている。また、センサー部品用電極パッド43c,44cはキャビティS1の底面の長手方向の他方に形成されており、センサー部品用電極パッド41c,42cよりも互いの間隔が広く形成され、電極パッドのサイズも大型となっている。センサー部品が小型サイズとなった場合、センサー部品用電極パッド41c,42cで導電接合することができ、またセンサー部品が大型サイズとなった場合、センサー部品用電極パッド43c,44cへ搭載することが可能であり、搭載するセンサー部品のサイズを幅広く設定することが可能となる。また、そのセンサー部品用電極パッド41c,42cの間の幅は短絡(ショート)事故を防止するため0.01mm以上が望ましい。また、本実施例においてはケース体2の基材にアルミナセラミックを用いているが、その他の例としてガラスセラミック、ガラス等の絶縁素材を用いてもよい。
The structure of the
また、上記、本発明の第4の実施形態における内部配線を図9と共に説明する。ケース体2はスルーホールビアと内部配線を有しており、これらにより、ケース体2の電気配線を行っている。前記圧電素子用電極パッド31,32およびセンサー部品用電極パッド41c,42cと43c,44cはスルーホールビアおよび内部配線によって外部に引き出されている。スルーホールビアはスルーホール内部を導電材で埋めることにより、配線間の電気的接続を行う。このスルーホールビアに使用される導電材としては、例えば、W(タングステン)、Mo(モリブデン)などの金属が上げられる。内部配線はケース体2外周の角部に設けられたキャスタレーションに有る金属膜からなる端子電極K1,K2,K3,K4に繋がっており、それぞれの裏面の外部接続端子51,52,53,54に電気的接続がされている。なお、端子電極及び外部接続端子もWもしくはMoによるメタライズ膜の上に、Ni,Auのメッキ膜が積層して構成されている。圧電素子用電極パッド31は端子電極K2にスルーホールビア及び内部配線で繋がっており、圧電素子用電極パッド32は端子電極K3に繋がっている。また、図9に示すように、センサー部品用電極パッド41cとセンサー部品用電極パッド43cは内部配線45cに繋がっており、端子電極K1に接続されている。一方、センサー部品用電極パッド42cとセンサー部品用電極パッド44cは内部配線46cに繋がっており、端子電極K4に接続されている。以上の構成により圧電素子用電極パッド31,32はそれぞれ外部接続端子53,52に電気的接続され、センサー部品用電極パッド41cとセンサー部品用電極パッド43cは外部接続端子51へ、センサー部品用電極パッド42cとセンサー部品用電極パッド44cは外部接続端子54に電気的接続されている。
The internal wiring in the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
圧電振動子10は本発明の第1、第2の実施形態と同様の機能を持つ物であり、矩形のATカット水晶振動板である。電極の形状は図8(b)に示すように、中央に表裏対向した矩形の励振電極70を持ち、左右の対角線上に電極が延長された引き出し電極71,72を持つ。
The
導電性接着剤11は本発明の第1、第2の実施形態と同様の素材、機能を持つものであり、キャビティS1内にて小型センサー部品80の上部に圧電素子10をケース体2に固定し導通させるためのものである。本実施例において導電性接着剤11はケース体2の両側、対角線上に図8(a)の圧電素子用電極パッド31,32の上に位置し、圧電素子10を両側から保持し、導通をとる。
The
第4の実施形態における変更点以外については、上記実施例で用いられるパッケージ1を構成するケース体2、接合部材3、蓋体4と、圧電素子10、導電性接着剤11、小型センサー部品80は本発明の第1の実施形態にて用いられる素材及び機能を持つものであり、その形状も順ずるものである。
Except for the changes in the fourth embodiment, the
また、圧電素子10と小型センサー部品80を同一の空間に搭載しているため、圧電素子10と小型センサー部品80の温度差が少なくなり、圧電素子10のより正確な温度データを出力可能な圧電デバイスを得ることができる。また、圧電素子10を両側保持することにより、パッケージ1に大きな衝撃が加わった際にも、圧電素子が大きく揺れることがなく、またパッケージ1が変形した場合においても圧電素子と接触することがなく、耐衝撃性にすぐれた圧電デバイスといえる。このため衝撃の予想される車載用圧電デバイスなどにおいて有効である。なお、第3の実施形態において、圧電素子10の長辺の両端を保持しているが、対角ではなく、各短辺の中央部分を保持する構成としてもよい。また、センサー部品用電極パッド42cの先端部402cを対向する他方の先端部401cより小さくすることにより、先端部の対向する領域が減少し短絡(ショート)の危険性を減らすことができ、小型センサー部品80をセンサー部品用電極パッド41c,42cに搭載する際の画像認識による精度を向上することができる。
In addition, since the
以上、実施形態および変形例で複数の例示を行ったが、これらを互いに組み合わせ、実施形態の圧電デバイスに適用することができる。これにより組み合わせによる相乗的な効果をえることができる。 As described above, a plurality of examples are given in the embodiment and the modified examples, but these can be combined with each other and applied to the piezoelectric device of the embodiment. Thereby, the synergistic effect by a combination can be acquired.
なお、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、他の色々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において単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであり、明細書本文にはなんら拘束されない。更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。 It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit, gist, or main features. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and is not construed in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
圧電デバイスあるいは他のセンサー部品の量産に適用できる。 Applicable for mass production of piezoelectric devices or other sensor parts.
1 パッケージ
2 ケース体
3 接合部材
4 蓋体
6 金属リング
10 圧電素子
11 導電性接着剤
21 接合材
22 樹脂材
31,32 圧電素子用電極パッド
41,42,43,44 センサー部品用電極パッド
401,402 先端部
411,421,431,441 スルーホールビア
45,46,451,461 内部配線
51,52,53,54 外部接続端子
70 励振電極
71,72 引き出し電極
80 小型センサー部品
90 センサー部品
S1,S2 キャビティ
2-A 堤部
2-B 堤部上面
2-X 基板
K1,K2,K3,K4 端子電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記パッケージには基板と基板上に温度を感知するセンサー部品と導電接続される2組のセンサー部品用電極パットを有し、
前記2組のセンサー部品用電極パッドは各々一方のセンサー部品用電極パッドと他方のセンサー部品用電極パッドを有し、
前記一方のセンサー部品用電極パッドが各々共通接続され、
前記他方のセンサー部品用電極パッドが各々共通接続され、
一方の組の電極パッドの間隔が、他方の組の電極パッドの間隔よりも小さくなっており、
1組のセンサー部品用電極パッドにのみ温度センサーを搭載したことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device in which a piezoelectric element on which an excitation electrode is formed and a temperature sensor are housed in a package,
The package has two sets of electrode pads for sensor components that are conductively connected to the substrate and sensor components for sensing temperature on the substrate,
The two sets of sensor component electrode pads each have one sensor component electrode pad and the other sensor component electrode pad,
The electrode pads for the one sensor component are connected in common,
The other sensor component electrode pads are connected in common,
The spacing between one set of electrode pads is smaller than the spacing between the other set of electrode pads,
A piezoelectric device characterized in that a temperature sensor is mounted only on one set of sensor component electrode pads.
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