JP2014030127A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 隣り合う導電性接着剤同士が接触して短絡することを低減することが可能な水晶デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】 基板１１０ａと、基板１１０ａ上に設けられた枠体１１０ｂと、枠体１１０ｂの内側に設けられ、上下方向の厚みが枠体１１０ｂの上下方向の厚みよりも小さく、上面に凹部Ｓが設けられた台座１１１と、台座１１１上であって凹部Ｓを間に挟んで設けられた一対の電極パッド１１２と、水晶素板１２１と、水晶素板１２１に設けられた励振用電極１２２と、水晶素板１２１の下面に励振用電極１２２と間を空けて設けられた一対の接続用電極１２３と、を有し、一対の接続用電極１２３と一対の電極パッド１１２とがそれぞれ導電性接着剤１４０を介して実装された水晶素子１２０と、を備え、導電性接着剤１４０のそれぞれが間をあけて、電極パッド１１２上から凹部Ｓ内にかけて設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電子機器等に用いられる水晶デバイスに関するものである。

従来の水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果を利用して、水晶素板の両面が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させるものである。現在では、基板上に設けられた電極パッドに実装された水晶素子を備えた水晶デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。水晶素子は、水晶素板の両主面に励振用電極を有しており、水晶素子の一端を基板の上面と接続した固定端とし、他端を基板の上面と間を空けた自由端とした片保持構造となる。

特開２００２−１１１４３５号公報

上述した水晶デバイスは、小型化され、基板の上面に設けられている一対の電極パッドの間が狭くなってきており、一対の電極パッドに塗布された導電性接着剤の上から水晶素子を搭載した際に導電性接着剤が潰れて広がり、一対の電極パッドに塗布された導電性接着剤同士が接触して短絡してしまうといった不都合があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、隣り合う導電性接着剤同士が接触して短絡することを低減することが可能な水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、基板と、基板上であって基板の外周に沿って設けられた枠体と、基板上であって枠体の内側に設けられ、上下方向の厚みが枠体の上下方向の厚みよりも小さく、上面に凹部が設けられた台座と、台座上であって凹部を間に挟んで設けられた一対の電極パッドと、板状の水晶素板と、水晶素板の上面及び下面に設けられた励振用電極と、水晶素板の下面に励振用電極と間を空けて設けられた一対の接続用電極と、を有し、一対の接続用電極と一対の電極パッドとがそれぞれ導電性接着剤を介して実装された水晶素子と、を備え、導電性接着剤のそれぞれが間をあけて、電極パッド上から凹部内にかけて設けられているものである。

本発明の一つの態様による水晶デバイスは、導電性接着剤が、導電性接着剤のそれぞれが間をあけて、電極パッド上から凹部内にかけて設けられていることによって、導電性接着剤同士の間の間隔を広げ、一対の電極パッドに塗布された導電性接着剤同士が接触して短絡することを低減することができる。

本実施形態における水晶デバイスを示す分解斜視図である。 （ａ）図１に示された水晶デバイスのＡ−Ａにおける断面図であり、（ｂ）図１に示された水晶デバイスのＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）本実施形態における水晶デバイスの蓋体を外した状態を示す平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイスの蓋体及び水晶素子を外した状態を示す平面図である。 本実施形態の第一変形例における水晶デバイスを示す分解斜視図である。 （ａ）図４に示された水晶デバイスのＣ−Ｃにおける断面図であり、（ｂ）図４に示された水晶デバイスのＤ−Ｄ断面図である。 本実施形態の第二変形例における水晶デバイスを示す分解斜視図である。 （ａ）図６に示された水晶デバイスのＥ−Ｅにおける断面図であり、（ｂ）図６に示された水晶デバイスのＦ−Ｆ断面図である。

本実施形態における水晶デバイスは、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、パッケージ１１０の基板１１０ａに接合された水晶素子１２０とを含んでいる。パッケージ１１０は、基板１１０ａと、基板１１０ａ上であって基板１１０ａの外周に沿って設けられた枠体１１０ｂと、基板１１０ａ上であって枠体１１０ｂの内側に設けられ、上下方向の厚みが枠体１１０ｂの上下方向の厚みよりも小さく、上面に凹部Ｓが設けられた台座１１１と、台座１１１上であって凹部Ｓを間に挟んで設けられた一対の電極パッド１１２とを有している。また、パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた収容空間Ｋが形成されている。

基板１１０ａは、矩形状であり、
上面に台座１１１を設けるためのものである。基板１１０ａは、水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１２が設けられた台座１１１が設けられている。また、基板１１０ａの下面の四隅には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。

基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を１層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面及び内部には、台座１１１上面に設けられた電極パッド１１２と下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及びビア導体が設けられている。

枠体１１０ｂは、基板１１０ａ上に収容空間Ｋを形成するためのものである。枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。枠体１１０ｂの上面には、封止用導体パターン１１３が設けられている。

台座１１１は、上面で実装された水晶素子１２０を支持するための支持部材として機能するものである。台座１１１は、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。台座１１１は、基板１１０ａ上であって枠体１１０ｂの内側に設けられ、上下方向の厚みが枠体１１０ｂの上下方向の厚みよりも小さく、上面に凹部Ｓが設けられている。電極パッド１１２は、台座１１１上であって凹部Ｓを間に挟んで設けられている。

凹部Ｓは、図２に示されているように、台座１１１上で一対の電極パッド１１２の間に設けられている。凹部Ｓ内には、導電性接着剤１４０が、台座１１１の上面に設けられた電極パッド１１２から凹部Ｓ内で向かい合う内壁面に至るように、間を空けてそれぞれ設けられている。

尚、ここでパッケージ１２０の平面視したときの一辺の寸法が、１．２〜２．０ｍｍである場合を例にして、台座１１１及び凹部Ｓの大きさを説明する。図３に示した、台座１１１の平面視したときの一辺の寸法が、１００〜７００μｍである。また、台座１１１の上下方向の厚みは、１００〜１５０μｍである。また、凹部Ｓの平面視したときの一辺の寸法が、１００〜２００μｍである。つまり、凹部Ｓの平面視したときの基板１１０ａの長辺と平行になる一辺の寸法が１００〜２００μｍである。また、台座１１１に設けられた隣り合う一対の電極パッド１１２間の寸法が１００〜２００μｍである。また、凹部Ｓの上下方向の厚みは、５０〜１５０μｍである。

封止用導体パターン１１３は、蓋体１３０と封止部材１３１を介して接合する際に、封止部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。また、封止用導体パターン１１３は、基板１１０ａの内部に形成されたビア導体（図示せず）及び配線パターン（図示せず）により少なくとも１つの外部接続用電極端子Ｇに接続されている。少なくとも１つの外部接続用電極端子Ｇは、外部の実装基板上のグランドと接続されている実装パッドと接続されることにより、グランド端子の役割を果たす。そのため、封止用導体パターン１１３に接合される蓋体１３０がグランドに接続されることとなり、蓋体１３０による収容空間Ｋ内のシールド性が向上する。封止用導体パターン１１３は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、枠体１１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、１０μｍ〜２５μｍの厚みに形成されている。

ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。基板１１０ａ、枠体１１０ｂ及び台座１１１が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・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いは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する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、一対の電極パッド１１２又は外部接続用電極端子Ｇとなる部位にニッケルメッキ又は金メッキ等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

水晶素子１２０は、図２（ｂ）及び図３に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１２上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

水晶素子１２０は、図２に示されているように、板状の水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２、接続用電極１２３及び引き出し電極１２４を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれ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１２４は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の短辺に向かって延出されている。接続用電極１２３は、引き出し電極１２４と接続されており、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。

本実施形態においては、電極パッド１１１と接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片保持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が接続用電極１２３から引き出し電極１２４及び励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、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ようになっている。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、接続用電極１２３及び引き出し電極１２４を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって、導電性接着剤１４０のそれぞれが間をあけて、台座１１１上面に設けられた電極パッド１１２上から凹部Ｓ内の向かい合う内壁にかかるように塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、載置される。そして水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０を加熱硬化させることによって一対の電極パッド１１２に接合される。

導電性接着剤１４０は、台座１１１の上面に設けられた電極パッド１１２から凹部Ｓ内で向かい合う内壁面に至るように、導電性接着剤１４０のそれぞれが間をあけて設けられている。このようにすることで、水晶デバイスは、導電性接着剤１４０同士が接触することによる電極パッド１１２間の短絡を低減することができる。

導電性接着剤１４０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、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケル又はニッケル鉄のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂が用いられる。

蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体１３０は、真空状態にある収容空間Ｋ又は窒素ガスなどが充填された収容空間Ｋを気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上に載置され、枠体１１０ｂの封止用導体パターン１１３と蓋体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、枠体１１０ｂに接合される。

封止部材１３１は、パッケージ１１０の枠体１１０ｂ上面に設けられた封止用導体パターン１１３に相対する蓋体１３０の箇所に設けられている。封止部材１３１は、例えば、銀ロウ又は金錫によって設けられている。金錫の場合は、その厚みは、１０μｍ〜４０μｍである。例えば、成分比率が、金が７８〜８２％、錫が１８〜２２％ｂのものが使用されている。銀ロウの場合は、その厚みは、１０〜２０μｍである。例えば、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。

本実施形態における水晶デバイスは、導電性接着剤１４０のそれぞれが間をあけて、電極パッド１１１上から凹部Ｓ内にかけて設けられていることによって、導電性接着剤１４０同士の間の間隔を広げ、一対の電極パッド１１１に塗布された導電性接着剤１４０同士が接触して短絡することを低減することができる。

（第一変形例）
以下、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスについて説明する。尚、本実施形態の第一変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、図４及び図５に示されているように、電極パッド２１２が台座２１１の上面から凹部Ｓの向かい合う内壁面の上端部にかけてそれぞれ設けられている点で実施形態と異なる。

電極パッド２１２は、台座２１１の上面から凹部Ｓの向かい合う内壁面の上端にかけてそれぞれ設けられている。凹部Ｓの向かい合う内壁面に設けられた電極パッド２１２は、台座２１１の上端から２０〜５０μｍの位置まで設けられている。

導電性接着剤２４０は、凹部Ｓの向かい合う内壁面の上端にかけて設けられた電極パッド２１２を覆うようにして設けられている。このようにすることによって、台座２１１上面の電極パッド２１２だけでなく、凹部Ｓの向かい合う内壁面の上端にかけて設けられた電極パッド２１２にも導電性接着剤１４０が付着することによって、水晶素子１２０の接続用電極１２４と外部接続用電極端子Ｇとの導通性を向上させることができる。

本実施形態の第一変形例における水晶デバイスは、電極パッド２１２が台座２１１の上面から凹部Ｓの向かい合う内壁面の上端部にかけて設けられていることによって、台座２１１上面の電極パッド２１２だけでなく、凹部Ｓの向かい合う内壁面の上端にかけて設けられた電極パッド２１２にも導電性接着剤１４０が付着することによって、水晶素子１２０の接続用電極１２４と外部接続用電極端子Ｇとの導通性を向上させることができる。

（第二変形例）
以下、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスについて説明する。尚、本実施形態の第二変形例における水晶デバイスのうち、上述した水晶デバイスと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

本実施形態の第二変形例における水晶デバイスは、図６及び図７に示されているように、台座３１１上に設けられ、凹部Ｓ及び一対の電極パッド３１２を取り囲むように設けられている点で実施形態と異なる。

台座３１１は、枠部３１０ｂの内周縁につながるようにして一体となって設けられている。このようにすることにより、電極パッド３１２を枠部３１０ｂの際まで設けることができるので、電極パッド３１２を大きくすることができる。また、台座３１１は、枠部３１０ｂと一体となって設けられていることによって、水晶デバイスの落下試験を行った際に、台座３１１は、基板３１０ａと接合している面積が増えることになるので、基板３１０ａから剥がれることを低減することができる。

尚、ここでパッケージ３１０の平面視したときの一辺の寸法が、１．２〜２．０ｍｍである場合を例にして、台座３１１及び凹部Ｓの大きさを説明する。図６に示した、台座３１１の平面視したときの一辺の寸法が、１００〜８００μｍである。また、台座３１１の上下方向の厚みは、１００〜１５０μｍである。また、凹部Ｓの平面視したときの一辺の寸法は、１００〜２００μｍである。つまり、凹部Ｓの平面視したときの基板３１０ａの長辺と平行になる一辺の寸法が１００〜２００μｍである。また、台座３１１に設けられた隣り合う一対の電極パッド３１２間の寸法が１００〜２００μｍである。また、凹部Ｓの上下方向の厚みは、５０〜１５０μｍである。

尚、本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。上記の本実施形態では、枠体１１０ｂが基板１１０ａと同様にセラミック材で一体的に形成した場合を説明したが、枠体１１０ｂが金属製であっても構わない。この場合、枠体は、銀−銅等のロウ材を介して基板の導体膜に接合されている。

上記の実施形態では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる２本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

この音叉型屈曲圧電振動素子を振動させる場合、接続用電極に交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一振動腕部の第一励振用電極は＋（プラス）電位となり、第二励振用電極は−（マイナス）電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、このときの第二振動腕部の励振用電極は、第一振動腕部の励振用電極に生じた極性とは反対の極性となる。これらの印加された電界により、第一振動腕部及び第二振動腕部に伸縮現象が生じ、各振動腕部に設定した共振周波数の屈曲振動を得る。

水晶素子は、フォトリソ加工を用いた場合を説明したが、水晶素板の外周の厚みを薄くし、水晶素板の外周部と比べて水晶素板の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を用いても構わない。また、水晶素子のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

１１０、２１０、３１０・・・パッケージ
１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ、３１０ｂ・・・枠体
１１１、２１１、３１１・・・台座
１１２、２１２、３１２・・・電極パッド
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・接続用電極
１２４・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・封止部材
１４０・・・導電性接着剤
Ｋ・・・収容空間
Ｓ・・・凹部
Ｇ・・・外部接続用端子

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板上であって前記基板の外周に沿って設けられた枠体と、
   前記基板上であって前記枠体の内側に設けられ、上下方向の厚みが前記枠体の上下方向の厚みよりも小さく、上面に凹部が設けられた台座と、
   前記台座上であって前記凹部を間に挟んで設けられた一対の電極パッドと、
   板状の水晶素板と、前記水晶素板の上面及び下面に設けられた励振用電極と、前記水晶素板の下面に前記励振用電極と間を空けて設けられた一対の接続用電極と、を有し、前記一対の接続用電極と前記一対の電極パッドとがそれぞれ導電性接着剤を介して実装された水晶素子と、を備え、
   前記導電性接着剤のそれぞれが間をあけて、前記電極パッド上から前記凹部内にかけて設けられていることを特徴とする水晶デバイス。
2. 請求項１記載の水晶デバイスであって、
   前記電極パッドが前記台座の上面から前記凹部の向かい合う内壁面の上端部にかけて設けられていることを特徴とする請求項１記載の水晶デバイス。

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