JP2014011644A - 温度補償型圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】温度補償および振動特性が向上された温度補償型圧電デバイスの提供。
【解決手段】温度補償型圧電デバイスは、第１素子搭載用部材１０ａと、第１素子搭載用部材１０ａの第１の主面に設けられた台座搭載用パッド１３と、台座搭載用パッド１３に電気的に接続された台座３０と、台座３０に電気的に接続された圧電振動素子４０と、第１素子搭載用部材１０ａの第２の主面に搭載されたＩＣ素子２０と、圧電振動素子４０を気密に封止するための蓋部材５０とを備え、台座３０が、圧電振動素子４０よりも小さく形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば携帯用通信機器等の電子機器に用いられる温度補償型圧電デバイスに関するものである。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器において小型の温度補償型圧電デバイスが用いられている。また、小型化された温度補償型圧電デバイスに求められる特性は厳しくなる方向にある。この従来の温度補償型圧電デバイスは、素子搭載用部材の構造が、素子搭載用部材の両主面に凹部を有したもの（特許文献１参照）と、２つの素子搭載用部材のそれぞれの一方の主面に凹部を有し、上下に重ねたもの（特許文献２参照）が知られており、この素子搭載用部材に水晶とＩＣ素子を備えて構成されている。

また、例えば、従来の温度補償型圧電デバイスとしては、一方の主面に凹部を有する素子搭載用部材と、素子搭載用部材に搭載された圧電振動素子と、素子搭載用部材の凹部内に搭載されたＩＣ素子と、圧電振動素子を気密に封止する蓋部材とを備えており、素子搭載用部材と圧電振動素子との間に圧電振動素子と同一の材質とした台座が設けられて構成された温度補償型圧電デバイスが提案されている（特許文献３参照）。また、この温度補償型圧電デバイスの台座の大きさは、平面視において圧電振動素子より大きく形成されており、台座は、素子搭載用部材と圧電振動素子の収縮率の違いによって起こる応力を低減させるために設けられたものである。つまり、素子搭載用部材と台座とを導電性接着剤を介して固着させた場合は、素子搭載用部材と台座の材質違いによる収縮率の違いにより台座に応力が発生する。しかし、台座と圧電振動素子とを導電性接着剤を介して固着させた場合は、台座と圧電振動素子の材質は同一であるため材質違いによる収縮率の違いは起こらず、圧電振動素子には応力が発生しない。このことにより、素子搭載用部材から台座を介して圧電振動素子に至る応力は低減される。したがって、温度補償型圧電デバイスの振動特性を良好に保つことができる。また、素子搭載用部材と台座とを導電性接着剤を介して固着させ、さらに台座と圧電振動素子を導電性接着剤を介して固着させる構造であれば、素子搭載用部材の両主面に凹部を備えており、素子搭載用部材の一方の凹部内に圧電振動素子と台座とを備えており、もう一方の凹部にＩＣ素子が搭載された温度補償型圧電デバイスであっても同じ現象となる。

特開２０００―２６９７４１号公報

特開２００４−６４６５１公報

特開２００６−１３６５０号公報

しかしながら、従来の台座は、素子搭載用部材から圧電振動素子に至る応力を低減することができるが、平面視において圧電振動素子の大きさより大きく形成されているためＩＣ素子と圧電振動素子の間を仕切る構造となる。このときの熱が伝わる経路は、ＩＣ素子から素子搭載用部材と圧電振動素子との間に位置した台座を温め次に圧電振動素子側の空間を温める場合と、圧電振動子から素子搭載用部材と圧電振動素子との間に位置した台座を温め次にＩＣ素子側の空間を温める場合とになる。つまり、台座を温めた後にＩＣ素子側の温度もしくは圧電振動素子側の温度を温めることになるため、ＩＣ素子側の温度と圧電振動素子側の温度との間に温度差が生じてしまい所望の温度補償が行えないおそれがあった。

本発明の一つの態様によれば、温度補償型圧電デバイスは、第１素子搭載用部材と、
第１素子搭載用部材の第１の主面に設けられた台座搭載用パッドと、台座搭載用パッドに電気的に接続された台座と、台座に電気的に接続された圧電振動素子と、第１素子搭載用部材の第２の主面に搭載されたＩＣ素子と、圧電振動素子を気密に封止するための蓋部材とを備え、台座が、前記圧電振動素子よりも小さく形成されている。

本発明の温度補償型圧電デバイスにおける台座は、平面視において圧電振動素子よりも小さく形成されていることにより、熱が伝わる経路は台座を温めたのちＩＣ素子もしくは圧電振動素子を温めることがなくなり、ＩＣ素子と圧電振動素子とを同時に温めることとなる。そのため、ＩＣ素子側の温度と圧電振動素子側の温度とに温度差がなくなり所望の温度補償を行うことができる。また、素子搭載用部材と圧電振動素子の収縮率の違いによって起こる応力も低減することができ、温度補償型圧電デバイスの振動特性を良好に保つことができる。また、温度補償型圧電デバイスにおける台座が、平面視において圧電振動素子よりも小さく形成されている構造であれば、素子搭載用部材の凹部内にＩＣ素子と圧電振動素子とが搭載されている構造の温度補償型圧電デバイスであっても、同一の効果が得られる。また、温度補償型圧電デバイスにおける台座が、平面視において圧電振動素子よりも小さく形成されている構造であれば、２つの素子搭載用部材のそれぞれ一方の主面にＩＣ素子と圧電振動素子を搭載し、素子搭載用部材を上下に積み重ねた構造の温度補償型圧電デバイスであっても、同一の効果が得られる。

本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスを示している透視分解斜視図である。 図１に示された温度補償型圧電デバイスのＡ−Ａにおける縦断面図である。 本発明の第２の実施形態における温度補償型圧電デバイスを示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態における温度補償型圧電デバイスを示す縦断面図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。また、構成を明確にするために誇張して図示している。

(第１の実施形態)
図１および図２に示されているように、本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスは、第１素子搭載用部材１０ａと、第１素子搭載用部材１０ａの第１の主面に設けられた台座搭載用パッド１３と、台座搭載用パッド１３に電気的に接続された台座３０と、台座３０に電気的に接続された圧電振動素子４０と、第１素子搭載用部材１０ａの第２の主面に搭載されたＩＣ素子２０と、圧電振動素子４０を気密に封止するための蓋部材５０とを備え、台座３０が、圧電振動素子４０よりも小さく形成されている。また、第１素子搭載用部材１０ａの第１の主面に設けられた台座搭載用パッド１３と台座３０と圧電振動素子４０は、それぞれ導電性接着剤６０を介して電気的に接続されている。

第１素子搭載用部材１０ａは、例えばアルミナ等のセラミック材料を複数枚重ねて形成されており、第１素子搭載用部材１０ａ内に内部配線が設けられている。また、第１素子搭載用部材１０ａの第１の主面に第１凹部１１が設けられており、第１素子搭載用部材１０ａの第２の主面に第２凹部１２が設けられている。また、前記第２の主面は、前記第１の主面と対向している。また、第１素子搭載用部材１０ａの第１凹部１１内には、導電性接着剤６０を介して台座３０を固定する台座搭載用パッド１３が設けられている。なお、第１素子搭載用部材１０ａは、平板状に形成されていてもよい。

台座搭載用パッド１３は、例えば導電効率の良い導電用材料よりなり、第１素子搭載用部材１０ａ内の内部配線を伝い第１素子搭載用部材１０ａの第２の主面に搭載されたＩＣ素子２０に電気的に接続されている。

ＩＣ素子２０は、圧電振動素子４０より得られる周波数を制御することにより所定の周波数を出力する発信回路を備えて構成される１チップ型ＩＣである。また、ＩＣ素子２０は、第２凹部１２内に位置されており、基板部１０内の内部配線と電気的に接続されている。また、ＩＣ素子２０は、ＩＣ素子２０の周りの温度を感知する感温素子を含んでいる。また、ＩＣ素子２０は、例えばエポキシ系樹脂によりＩＣ素子２０を包み込むように保護されている。

圧電振動素子４０は、例えば平板状の圧電基板４１と、圧電基板４１の両主面に設けられた励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂとを備えている。また、圧電振動素子４０は、外部より励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂに電圧が加わることにより、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。また、圧電振動素子４０の短辺部には、励振電極４２ａに電気的に接続された端子電極４３ａと励振電極４２ｂに電気的に接続された端子電極４３ｂとが設けられている。また、端子電極４３ａと端子電極４３ｂは、導電性接着剤６０を介して台座３０に設けられた接合ランド部３１に接合されている。

圧電基板４１は、例えば結晶軸に対し所定の角度で切断された水晶よりなり、平面視で長方形状を有している。なお、圧電基板４１は、セラミック材料で形成されていてもよい。

励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂは、平面透視において、圧電基板４１の中央部にそれぞれ配置されている。

端子電極４３ａは、圧電振動素子４０の励振電極４２ｂが設けられた面から励振電極４２ａが設けられた面まで引き回されており、端子電極４３ｂは、圧電振動素子４０の励振電極４２ａが設けられた面から励振電極４２ｂが設けられた面まで引き回されている。

台座３０は、例えば平板状の形状を有し水晶が用いられる。なお、台座３０は、青板ソーダまたは白板ソーダ等のいずれかの圧電基板４１に近い膨張係数を持った材質からできていてもよい。また、台座３０の長辺部の長さは、平面視において圧電振動素子４０の短辺部の長さと同一であり、台座３０の短辺部の長さは、平面透視において圧電振動素子４０に設けられている励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂに重ならない長さとなっている。また、台座３０は、台座３０の両主面に接合ランド部３１が設けられており、接合ランド部３１は、複数の接合パターン３１ａ〜３１ｄを含んでいる。

複数の接合パターン３１ａ〜３１ｄは、例えばニッケルめっき層と、ニッケルめっき層上に形成された金めっき層よりなり、接合パターン３１ａと接合パターン３１ｂは、台座３０内の内部配線を通って電気的に接合されている。また、接合パターン３１ｃと接合パターン３１ｄは、台座３０内の内部配線を通って電気的に接合されている。接合パターン３１ａ〜３１ｄは、平面視において台座３０の両短辺の隅部に設けられている。また、平面透視において接合パターン３１ａ〜３１ｄの端は、台座３０の辺に重なっていない。このことにより、基板部１０と台座３０を接合する導電性接着剤６０と台座３０と圧電振動素子４０を接合する導電性接着剤６０を分けることができ、基板部１０と圧電振動素子４０の収縮率の違いによって起こる応力も低減することができる。なお、複数の接合パターン３１ａ〜３１ｄは、例えば２つの貫通孔が形成された台座３０にめっき等でこの貫通孔が埋められた状態で設けられている。

蓋部材５０は、例えば鉄−ニッケル−コバルトなどの合金よりなり、平面視において第１素子搭載用部材１０ａの外周より小さい四角形の板形状を有している。また、蓋部材５０は、圧電振動素子４０が収容されている第１素子搭載用部材１０ａの第１凹部１１を気密封止している。なお、蓋部材５０は、凹部状に形成された構造としてもよい。この場合、蓋部材５０の凹部を圧電振動素子４０が搭載されている第１素子搭載用部材１０ａの第１の主面に向けて気密封止する。

本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスにおいて、第１素子搭載用部材１０ａに設けられた台座搭載用パッド１３と圧電振動素子４０とが導電性接着剤６０によって接合され、さらに台座３０が第１素子搭載用部材１０ａに設けられた台座搭載用パッド１３と圧電振動素子４０との間に接合されており、この台座３０が圧電振動素子４０に設けられている励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂに重ならない長さとなっていることによって、熱が伝わる経路は、台座３０を温めることがなく圧電振動素子４０を直接温めることとなる。そのため、熱が伝わることによる温度差がなくなり、所望の温度補償を行うことができ、温度制御型圧電デバイスにおける出力信号の周波数特性の向上を図ることができる。また、本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスは、第１素子搭載用部材１０ａと圧電振動素子４０の収縮率の違いによって起こる応力も低減することができ、温度補償型圧電デバイスの振動特性を良好に保つことができる。

(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態における温度補償型圧電デバイスについて図３を参照して説明する。なお、本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスは、第１の実施形態における温度補償型圧電デバイスと異なり、第１素子搭載用部材に代えて凹部を有している第２素子搭載用部材を備え、圧電振動素子とＩＣ素子が、第２素子搭載用部材の凹部内に搭載された構成となっている。その他の構成については、第１の実施形態における温度補償型圧電デバイスと同様である。

第２素子搭載用部材１０ｂは、例えば第１素子搭載用部材１０ａと同様にアルミナ等のセラミック材料を複数枚重ねて形成されており、第２素子搭載用部材１０ｂ内に内部配線が設けられている。また、第２素子搭載用部材１０ｂの第１の主面に第１凹部１１が設けられており、第２素子搭載用部材１０ｂの第１凹部１１内には、ＩＣ素子２０が設けられている。また、第２素子搭載用部材１０ｂの第１の主面に第１凹部１１よりも開口部が広い第２凹部１２が設けられており、第２凹部１２には、台座搭載用パッド１３が設けられている。また、台座搭載用パッド１３は、第２素子搭載用部材１０ｂ内の内部配線を伝いＩＣ素子２０に接続されている。

本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスにおいて、第２凹部１２に設けられた台座搭載用パッド１３と圧電振動素子４０とが導電性接着剤６０によって接合され、さらに台座３０が第２凹部１２に設けられた台座搭載用パッド１３と圧電振動素子４０との間に接合されており、この台座３０が圧電振動素子４０に設けられている励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂに重ならない長さとなっていることによって、熱が伝わる経路は、台座３０を温めることがなく圧電振動素子４０を直接温めることとなる。そのため、熱が伝わることによる温度差がなくなり所望の温度補償を行うことができ、温度補償型圧電デバイスにおける出力信号の周波数特性の向上を図ることができる。また、本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスは、第２素子搭載用部材１０ｂと圧電振動素子４０の収縮率の違いによって起こる応力も低減することができ、温度補償型圧電デバイスの振動特性を良好に保つことができる。

(第３の実施形態)
本発明の第３の実施形態における温度補償型圧電デバイスについて図４を参照して説明する。

本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスは、第３素子搭載用部材１０ｃと、第３素子搭載用部材１０ｃの第１の主面に設けられた台座搭載用パッド１３と、台座搭載用パッド１３に電気的に接続された台座３０と、台座３０に電気的に接続された圧電振動素子４０と、圧電振動素子４０を気密に封止するための蓋部材５０と、第３素子搭載用部材１０ｃの第２の主面に電気的に接続された第４素子搭載用部材１０ｄと、第４素子搭載用部材１０ｄに搭載されたＩＣ素子２０とを有している。

第３素子搭載用部材１０ｃは、例えば第１素子搭載用部材１０ａと同様にアルミナ等のセラミック材料を複数枚重ねて形成されており、第３素子搭載用部材１０ｃ内に内部配線が設けられている。また、第３素子搭載用部材１０ｃは、第３素子搭載用部材１０ｃの第１の主面に第１凹部１１が設けられており、第３素子搭載用部材１０ｃの第１凹部１１内に、導電性接着剤６０を介して台座３０を固定する台座搭載用パッド１３が設けられている。また、台座搭載用パッド１３は、第３素子搭載用部材１０ｃ内の内部配線に接続されている。また、第３素子搭載用部材１０ｃは、平板状に形成されていてもよい。

第４素子搭載用部材１０ｄは、例えば第１素子搭載用部材１０ａと同様にアルミナ等のセラミック材料を複数枚重ねて形成されており、第４素子搭載用部材１０ｄ内に内部配線が設けられている。また、第４素子搭載用部材１０ｄの第１の主面に第２凹部１２が設けられており、第４素子搭載用部材１０ｄの第２凹部１２内には、ＩＣ素子２０が設けられている。また、ＩＣ素子２０は、第４素子搭載用部材１０ｄ内の内部配線に接続されている。また、第４素子搭載用部材１０ｄは、平板状に形成されていてもよい。

本発明の第３の実施形態における温度補償型圧電デバイスにおいて、第３素子搭載用部材１０ｃに設けられた台座搭載用パッド１３と圧電振動素子４０とが導電性接着剤６０によって接合され、さらに台座３０が第３素子搭載用部材１０ｃに設けられた台座搭載用パッド１３と圧電振動素子４０との間に接合されており、この台座３０が圧電振動素子４０に設けられている励振電極４２ａおよび励振電極４２ｂに重ならない長さとなっていることによって、熱が伝わる経路は、台座３０を温めることがなく圧電振動素子４０を直接温めることとなる。そのため、熱が伝わることによる温度差がなくなり、所望の温度補償を行うことができ、温度制御型圧電デバイスにおける出力信号の周波数特性の向上を図ることができる。また、本発明の実施形態における温度補償型圧電デバイスは、第３素子搭載用部材１０ｃと圧電振動素子４０の収縮率の違いによって起こる応力も低減することができ、温度補償型圧電デバイスの振動特性を良好に保つことができる。

１０ａ 第１素子搭載用部材
１０ｂ 第２素子搭載用部材
１０ｃ 第３素子搭載用部材
１０ｄ 第４素子搭載用部材
１１ 第１凹部
１２ 第２凹部
１３ 台座搭載用パッド
２０ ＩＣ素子
３０ 台座
３１ 接合ランド部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 接合パターン
４０ 圧電振動素子
４１ 圧電基板
４２ａ、４２ｂ 励振電極
４３ａ、４３ｂ 端子電極
５０ 蓋部材
６０ 導電性接着剤

Claims (3)

1. 第１素子搭載用部材と、
   前記第１素子搭載用部材の第１の主面に設けられた台座搭載用パッドと、
   前記台座搭載用パッドに電気的に接続された台座と、
   前記台座に電気的に接続された圧電振動素子と、
   前記第１素子搭載用部材の第２の主面に搭載されたＩＣ素子と、
   前記圧電振動素子を気密に封止するための蓋部材とを備え、
   前記台座が、前記圧電振動素子よりも小さく形成されていることを特徴とする温度補償型圧電デバイス。
2. 前記第１素子搭載用部材に代えて凹部を有している第２素子搭載用部材を備え、
   前記圧電振動素子と前記ＩＣ素子とは、前記第２素子搭載用部材の凹部内に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載された温度補償型圧電デバイス。
3. 第３素子搭載用部材と、
   前記第３素子搭載用部材の第１の主面に設けられた台座搭載用パッドと、
   前記台座搭載用パッドに電気的に接続された台座と、
   前記台座に電気的に接続された圧電振動素子と、
   前記圧電振動素子を気密に封止するための蓋部材と、
   前記第３素子搭載用部材の第２の主面に電気的に接続された第４素子搭載部材と、
   前記第４素子搭載用部材に搭載されたＩＣ素子とを有していることを特徴とする温度補償型圧電デバイス。

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