JP2013219542A - 圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性接着剤と適合して、振動や衝撃に対しても十分な接合強度が確保できると共に、良好な電気的接続性を得ることが可能な電極部を備えた圧電振動子を提供することである。
【解決手段】 励振電極膜が形成される振動腕部１３と、該振動腕部１３と繋がる支持部１４と、該支持部１４に設けられ、外部との導通を図る電極部１５とを備える圧電振動子１１において、前記電極部１５が支持部１４の基材表面に形成された導電膜１５ａからなり、この導電膜１５ａの表面に導電性を備えた複数の溝部２３を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、導電性接着剤を介して導通支持される圧電振動子に関するものである。

近年の各種の電子デバイスにあっては、小型化及び薄型化、さらには構成部品の高密度化が進んできており、これによって、構成部品の電気的あるいは機械的な接続に要するスペースが限られてきている。このような限られたスペース内において、構成部品等の電気的接続を簡易且つ効率的に行うために、導電性接着剤が多く用いられるようになってきている。この導電性接着剤は、液状のバインダー樹脂に銀などの導電フィラーを分散させたものであり、各構成部品と基板の電極面あるいは各構成部品同志の電極面に塗布して固化させることで導通が図られるようになっている。

各種の電子デバイスの中でも、特に圧電振動子にあっては、振動部とこの振動部の一端を支持する支持部とを有しており、前記振動部の機械的な振動を阻害しないようにして、前記支持部の一端をパッケージ内に設けられている電極パッドに導電性接着剤を介して電気的に支持する必要がある。このため、前記導電性接着剤を介して導通接続する部分については、良好な電気的接続性と共に振動や外部からの衝撃に対してもぶれないような機械的な強度が要求されている。

特許文献１には、水晶片の導電性接着剤を介して導通接続される部分に無電極領域及びその無電極領域の中に一つ又は複数のピンホールを形成することで、アンカー効果によって機械的な保持強度を向上させることを目的とした圧電振動子が開示されている。

特許文献２には、基部とこの基部から延びる一対の振動腕部と、該振動腕部に沿って前記基部から延びる一対の支持腕部とを備え、この支持腕部が軸方向に溝状の凹部を形成した圧電振動子が開示されている。この圧電振動子にあっては、前記支持腕部が軸方向に溝状の凹部を有していることで、振動腕部から漏れる振動を減衰させることを目的としている。

特開２００４−３２０２９７号公報 特開２０１１−０１５１０２号公報

ところで、前記圧電振動子にあっては、搭載する通信機器のさらなる小型化及び薄型化と共に、振動特性の改善が求められているため、良好な電気的接続性と機械的な接合強度の両方を満足するのが難しくなってきている。導電性接着剤に関しては、バインダー樹脂に対して導電フィラーの割合を多くすることで電気抵抗値が下がって良好な導電性が得られるが、バインダー樹脂が少なくなるため接着強度が低下してしまうといった問題があった。一方、バインダー樹脂の量を多くすると機械的強度を増すことができるが、相対的に導電フィラーが減少するため、導電性が低下することになる。

特許文献１においては、ピンホールが形成されている領域は無電極領域のため、導電性接着剤を介した接合強度は向上するが、電気的に接合している領域は減少し電気的接続性が低下してしまうといった問題を有していた。また、特許文献２においては、振動漏れを減衰させることの防止を目的としたものであり、振動部を支持するための電極部における電気的接続性の向上及び機械的な接合強度の向上に寄与するような特別な構成とはなっていない。その他、導電性接着剤を用いた電極部の接合に関する記載は上記特許文献１，２以外にも散見されるが、電極部の接合面の形状によって、電気的接続性と接合強度の両方を満足するような機能を有した電極構造については知られていない。

そこで、本発明の目的は、導電性接着剤と適合して、振動や衝撃に対しても十分な接合強度が確保できると共に、良好な電気的接続性を得ることが可能な電極部を備えた圧電振動子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の圧電振動子は、励振電極膜が形成される振動部と、該振動部から延びる支持部と、該支持部に設けられ、外部との導通を図る電極部とを備える圧電振動子において、前記電極部が支持部の基材表面に形成された導電膜からなり、この導電膜には表面が導電性を備えた複数の凹部が設けられていることを特徴とする。

本発明の圧電振動子によれば、電極部が導電性を備えた複数の凹部を有して構成されているため、導電性接着剤を介して外部との導通を図る際に、前記凹部を導電性接着剤で満たすことができる。これによって、圧電振動子をパッケージ内に安定且つ電気的接続性よく配置させることができる。

また、前記凹部を複数の溝部あるいは孔部とし、開口側から底部側に向けてすぼまるような形状とすることで、毛細管現象により電極部に塗布された導電性接着剤のバインダー樹脂を底部側付近に集中させ、導電フィラーを開口側付近に集中させることができる。これによって、接合強度が確保されると同時に、電極部の表面における導電フィラーが密の状態となるので、電気抵抗が小さくなり、導電率が格段に向上する。

また、前記凹部を複数の筋状の溝部あるいはドット状の孔部として設けることで、様々な形態やサイズの圧電振動子の電極部に適した機械的強度と良好な電気的接続性を得ることができる。

本発明の第１実施形態の圧電振動子及びこの圧電振動子を収容するパッケージの斜視図である。 第２実施形態の圧電振動子の斜視図である。 第１実施形態の圧電振動子の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 第２実施形態の圧電振動子における導電性接着剤の塗布例を示す平面図である。 第２実施形態の圧電振動子における導電性接着剤の他の塗布例を示す平面図である。 導電性接着剤の成分構成を示す概念図である。 導電性接着剤が塗布された電極部の断面を示す概念図である。 凹部がドット状の孔部で構成された第１実施形態の圧電振動子の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 第３実施形態の圧電振動子の平面図である。 第４実施形態の圧電振動子の平面図である。 第５実施形態の圧電振動子の平面図である。

図１及び図２は代表的な音叉型の圧電振動子１１，１２を示したものである。この音叉型の圧電振動子１１，１２は、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とした水晶原石の直交座標系において、所定のカット角で板状に薄くスライスした水晶片を所定の形状に加工される。図１に示した圧電振動子１１は、励振電極（図示せず）が形成された一対の振動腕部１３と、この一対の振動腕部１３の一端を繋ぐ支持部１４とによって一体形成され、前記支持部１４に前記励振電極と導通する一対の電極部１５を備える。図２に示した圧電振動子１２は、励振電極（図示せず）が形成された一対の振動腕部１３を支持する支持部１４が基部１６と、この基部１６から前記振動腕部１３の長手方向に沿って延びる一対の支持腕部１７とによって一体形成されている。そして、前記一対の支持腕部１７の先端部に一対の電極部１５が設けられる。

前記電極部１５は、前記支持部１４の表面に一定の範囲を有して被覆形成される導電膜１５ａを有し、この導電膜１５ａはそれぞれの振動腕部１３に形成される励振電極（図示せず）と電気的に接続されている。なお、前記導電膜１５ａは、蒸着又はスパッタリング等によって水晶基材の表面に被覆形成される。

図１及び図２に示したように、前記圧電振動子１１，１２は、電極部１５をセラミックやガラス等で形成されたパッケージ１８に設けられているマウント部２０に導電性接着剤２１を介して接合される。これによって、前記パッケージ１８内で一対の振動腕部１３がフリーとなるように導通支持される。

図３は導電性接着剤２１が塗布された圧電振動子１１の平面（ａ）及びその断面構造（ｂ）を示したものである。本発明の特徴は、前記導電性接着剤２１が塗布される電極部１５が平面部２２と、この平面部２２を凹設した凹部（溝部）２３とを有する点にある。

前記溝部２３は、この実施例では支持部１４の表面をハーフエッチングすることによって微細な筋状に形成されている。この溝部２３は、開口側から底部側に向けてすぼまるような断面形状を有して形成される。このような断面形状は、例えば、底部が鋭角となる略Ｖ字状あるいは底部が曲面状にカーブする略Ｕ字状などがある。このような断面形状の溝部２３の内周面は、前記平面部２２と共に導電膜１５ａで一様に被覆形成され、導電性を有している。

図４及び図５は、図２に示した圧電振動子１２における電極部１５の平面構成を示したものである。この圧電振動子１２は、支持腕部１７の先端部が電極部１５となり、この電極部１５に平面部２２と筋状の溝部２３が設けられ、この溝部２３の一部又は全部を満たすようにして導電性接着剤２１が塗布される。この実施形態では、電極部１５の中でも平面部２２を振動腕部１３に近い方に設け、溝部２３を支持腕部１７の先端部側に設けることで、振動腕部１３から伝わる振動を導電性接着剤２１が多く塗布される平面部２２側で吸収させることができる。なお、導電性接着剤２１を塗布する場所や面積によって、接着性と導電性の効果の比重を変えることができる。例えば、図４に示したように、平面部２２を中心として溝部２３の一部にかけて導電性接着剤２１を塗布することによって、特に接着性を高めることができる。また、図５に示したように、平面部２２と溝部２３の全体に導電性接着剤２１を塗布することで、接着性と導電性の両方をバランスよく高めることができる。

本実施形態では、前記溝部２３の開口幅を２０μｍ以下、深さを３０μｍ程度に設定した。このようなサイズであれば、支持部１４を貫通することもなく、強度も一定に保つことができる。また、前記溝部２３は、２本平行に直線状に延びているが、一部あるいは全部を曲線状にして設けることもできる。

前記導電性接着剤２１は、図６に示すように、接着に寄与する液状のバインダー樹脂２４の中に、導電に寄与する導電フィラー２５を分散させたものである。前記バインダー樹脂２４の主なる成分は、シリコーン樹脂（Ｓｉ）と、その他、エポキシ樹脂、シリカ、ミネラルスピリット、エタノール等であり、全体の約２０％超を占める。また、前記導電フィラー２５には一般に銀（Ａｇ）が用いられ、全体の約７０％超を占める。

図７に示すように、前記バインダー樹脂２４は、導電フィラー２５と比較して粒子径が小さく液状で粘性を有しているため、流動性の違いから毛細管現象により前記溝部２３の底部側２３ｂに溜まりやすい。一方、導電フィラー２５は、チップ状の薄く扁平な形状を有しているため前記溝部２３の底部側２３ｂより開口側２３ａに集まりやすく、この開口側２３ａ付近において、導電フィラー２５の集合体によるフィラーリッチ層２７が形成される。このようなフィラーリッチ層２７が形成されたことで、前記パッケージ１８に設けられているマウント部２０との接合面における導電性が向上する。反面、前記フィラーリッチ層２７が形成されたことで、溝部２３の開口側付近での機械的接着力は低下するが、前記平面部２２においては、前記マウント部２０と面で直接接触するため、バインダー樹脂２４と導電フィラー２５の成分比は当初の状態から変わらない。このため、接着強度が導電性接着剤そのものの強度を有しており、振動腕部１３から受ける振動や外部からの衝撃を吸収する効果が発揮されることになる。

本実施形態による溝部２３は、図７に示したように、開口側２３ａから底部側２３ｂに向けてすぼまるように形成されているので、電極部１５に導電性接着剤２１を塗布した際には底部側２３ｂに、粒径の小さいバインダー樹脂２４が浸入しやすい一方で、径が大きな扁平状の導電フィラー２５は底部側２３ｂに到達しにくく、その分開口側２３ａに多くが集まるようになる。このように、溝部２３ではバインダー樹脂２４に分散されている導電フィラー２５が開口側の上部に偏在することで電極部１５全体の導電性が向上する。また、バインダー樹脂２４が溝部２３の底部側２３ｂに浸入することで、パッケージなどの外部との接合強度が高められる。

表１は、図１に示した音叉型の圧電振動子１１において、従来の平面部のみで構成された電極部の場合と、上記実施形態のように、平面部２２に溝部２３を有する電極部１５の場合とで、それぞれ導電性接着剤２１を塗布した際のバインダー樹脂２４及び導電フィラー２５の成分割合を示したものである。ここでは、溝部を有しない平面部のみによる電極部と、溝部２３を有する電極部１５を５個ずつ用意し、導電性接着剤２１の塗布量を一定にした場合について測定を行った。前記溝部２３は支持部１４の一端に向けて２本平行に延び、開口幅が約８μｍ、開口長が約１５０μｍ、深さが約４０μｍとした。なお、導電性接着剤の塗布面積は、全て共通で直径１８０μｍの円形とした。

上記表１で示したように、電極部が溝部のない平面部のみである場合のＡｇ／（Ａｇ＋Ｓｉ）で表せる銀（Ａｇ）の比率が６０％台であるのに対し、溝部２３を設けた方の電極部１５におけるＡｇの比率は８０％台と高くなっている。平均すると約１５％以上Ａｇの比率が高いことから、Ａｇが電極部１５の平面部２２においてより密の状態になっていると考えられる。一般的な導電性接着剤の場合、Ａｇなどの導電フィラーの平均サイズが１０μｍ程度であるのに対し、バインダー樹脂はさらに細かい粒子成分が結合して粘性を有している。このため、前記電極部１５に導電性接着剤２１を塗布することによって、バインダー樹脂２４が毛細管現象によって溝部２３の底部側２３ｂに集中し、導電フィラー２５は底部側２３ｂには届かず、開口側２３ａに集中することとなる。

このような毛細管現象によるバインダー樹脂２４の吸収効果を高めるには、本実施形態のような形状の溝部２３が好ましい。また、このような溝部２３の開口長を長くするほど接合効果と導電効果が高くなる。このため、前記溝部２３を基部１６や支持腕部１７の幅方向よりも長さ方向に沿って形成する方が開口長を十分に確保することができる。また、接合面を強化すると共に、振動腕部１３で発生する振動を吸収させる目的であれば、図４及び図５に示したように、導電性接着剤２１が塗布される電極部１５の中でも平面部２２を振動腕部１３に近い方に設け、溝部２３を前記振動腕部１３から遠くなる方に設ければよい。本実施形態では、前記溝部２３を２本平行に設けたが、少なくとも１本でも効果が得られる。さらに、導電及び接合効果を得るには、前記溝部２３を３本以上設けることで調整することができる。また、前記溝部２３を円弧状に形成したり、蛇行させたりすることで開口面積を増やすことができるので、これによっても導電及び接合を向上させることが可能となる。

図８に示すように、電極部１５に設ける凹部を丸型や角型等の開口からなる複数のドット状の孔部２６によって形成することもできる。このような孔部２６は、前記溝部２３と同様に毛細管現象によって、導電性接着剤２１のバインダー樹脂２４を吸収する作用を持つ。また、前記孔部２６の底部がすぼまるような断面Ｖ字状あるいはＵ字状にすることで、底部側にバインダー樹脂２４が堆積して接着強度を高められると共に、開口側に集まる導電フィラー２５による導電率の向上効果も得られる。前記孔部２６は、各電極部１５に複数均等に分散して設けることで、バランスのよい接着効果と導電効果が得られる。

図９乃至図１１は、圧電振動子の他の形態やモードを示したものである。図９は支持部３３が一対の振動部３２の間に延びる第１支持腕部３３ａと、この第１支持腕部３３ａと直交する第２支持腕部３３ｂとによってＴ字状に形成された音叉型の圧電振動子３１である。導電性接着剤２１が塗布される電極部３５は、前記第１支持腕部３３ａに一か所、第２支持腕部３３ｂに二か所設けられ、それぞれに溝部３６が形成される。図１０は矩形状の振動部４２の一端が支持部４３となり、この支持部４３に一対の電極部４５が形成されるＡＴカットの圧電振動子４１である。前記電極部４５には、溝部４６が設けられ、この溝部４６を満たすようにして導電性接着剤２１が塗布される。図１１は矩形状の振動部５２と、この振動部５２の対向する側面を支持する一対の支持腕部５４と、この一対の支持腕部５４の一端を繋ぐ支持本体部５３とからなり、この支持本体部５３に一対の電極部５５を形成したＧＴカットの圧電振動子５１である。前記電極部５５には、溝部５６が設けられ、この溝部５６を満たすようにして導電性接着剤２１が塗布される。

上記各種の形態による圧電振動子３１，４１，５１は、それぞれの電極部３５，４５，５５に図３で示したような導電性の溝部３６，４６，５６を設けたことで、導電性接着剤２１との導通及び接合の向上が図られるので、振動部３２，４２，５２を安定且つ電気的接続性が良好な状態でパッケージに導通支持することができる。なお、前記溝部３６，４６，５６をドット状の孔部としても同様な効果が得られる。上記の各種の圧電振動子は、代表的なものを例示したものであり、振動部がフリーとなるように支持する支持部に設けられる電極部を有したものであれば、振動モードや外形形状はどのようなものであっても、本発明の電極構造を適用することができる。

以上説明したように、支持部に設けられる電極部が複数の凹部を有して形成され、この凹部を含む電極部全体が導電膜で被覆されているので、導電性接着剤を介して外部と接合する際の電気的及び機械的な接合強度を向上することができる。これによって、機械的な振動を伴う圧電振動子をパッケージのマウント部に安定して支持することができると共に、電気的特性の向上効果が得られる。特に、近年の小型化及び薄型化が進む圧電振動子にあっては、電極部が狭く限定されたものとなるので、前記凹部を設けることによる効果は極めて大きなものとなる。なお、本発明の電極部の構造は、圧電振動子以外にも導電性接着剤を介して導通接続を行う各種の半導体部品や機械部品などにも応用が可能である。

１１，１２ 圧電振動子
１３ 振動腕部（振動部）
１４ 支持部
１５ 電極部
１５ａ 導電膜
１６ 基部
１７ 支持腕部
１８ パッケージ
２０ マウント部
２１ 導電性接着剤
２２ 平面部
２３ 溝部（凹部）
２３ａ 開口側
２３ｂ 底部側
２４ バインダー樹脂
２５ 導電フィラー
２６ 孔部（凹部）
２７ フィラーリッチ層

Claims (5)

1. 励振電極膜が形成される振動部と、該振動部と繋がる支持部と、該支持部に設けられ、外部との導通を図る電極部とを備える圧電振動子において、
   前記電極部が支持部の基材表面に形成された導電膜からなり、この導電膜には表面が導電性を備えた複数の凹部が設けられていることを特徴とする圧電振動子。
2. 前記凹部は、底部の方がすぼまる形状である請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記凹部は、断面形状が略Ｖ字状又は略Ｕ字状である請求項１又は２に記載の圧電振動子。
4. 前記凹部は、電極部に塗布された導電性接着剤のバインダー樹脂が底部側付近に集中し、導電フィラーが開口側付近に集中する形状からなる請求項１に記載の圧電振動子。
5. 前記凹部は、筋状の溝部又はドット状の孔部によって形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動子。

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