JP2016171480A - 振動子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】基板と蓋体との接合強度に優れる振動子デバイスを提供する。【解決手段】振動子デバイス１は、平板状の底部１１と底部１１上に設けられる環状の堤部１２とからなり、底部１１と堤部１２とで囲まれる有底孔状の空間１７を有する基板１０と、空間１７内に設けられる振動子５０と、堤部１２の上面１４上に空間１７の開口を取り囲むように設けられる環状の接合材層３０と、接合材層３０により基板１０と接合されて、空間１７の開口を塞ぐ蓋体２０と、を備える。そして、堤部１２の上面１４と内側面１５との連結面１６は、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて空間１７が狭くなるように傾斜するとともに、その傾斜角度が漸次急になる曲面であり、接合材層３０の内側面３１は、蓋体２０の下面２１上から堤部１２の連結面１６上に延在しており、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて空間１７が広がるように傾斜する。【選択図】図２

Description

本発明は、凹状の基板に設けられた空間内に振動子を気密封止してなる振動子デバイスに関する。

従来から、底部と堤部とからなり、堤部の内側面で囲まれる有底孔状の空間を有する基板と、当該空間内に搭載される振動子と、接合材層を介して基板と接合して、当該空間の開口を塞ぐ蓋体とを備える振動子デバイスが知られている。
下記特許文献１には、上述した振動子デバイスが記載されている。この振動子デバイスでは、基板の堤部の内側面から蓋体の下面に向かって接合材層のフィレットが形成され、基板の上面と平行な方向に係る接合材層の幅寸法を基板側より蓋体側に向かうにつれて漸次広くしている。
下記特許文献１によれば、このような構成とすることにより、振動子デバイスが小型化する場合であっても、蓋体を基板に対して強固に接合することができるとしている。

特開２００５−３４７８５１号公報

上記特許文献１に記載の振動子デバイスでは、基板の堤部の上面と内側面との境界が角になっているため、振動デバイスに外側から荷重がかかった場合に、接合材層の角近傍部分に応力が集中する。このため、当該部分から亀裂が発生、伸長し易く、当該部分を起点として接合材層が破壊され易い。このように、従来の振動子デバイスは、接合材層が、接合材層と基板との接合界面や接合材層と蓋体との接合界面で破壊される前に、接合材層の内部で凝集破壊されるため、基板と蓋体との接合強度が劣っている。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板と蓋体との接合強度に優れる振動子デバイスを提供することにある。

上記課題を達成するための具体的手段は、以下のとおりである。
本発明の振動子デバイスは、平板状の底部と前記底部上に設けられる環状の堤部とからなり、前記底部と前記堤部とで囲まれる有底孔状の空間を有する基板と、前記空間内に設けられる振動子と、前記堤部の上面上に前記空間の開口を取り囲むように設けられる環状の接合材層と、前記接合材層により前記基板と接合されて、前記空間の開口を塞ぐ蓋体と、を備え、前記堤部の上面と内側面との連結面は、前記蓋体側から前記底部側に向かうにつれて前記空間が狭くなるように傾斜するとともに、その傾斜角度が漸次急になる曲面であり、前記接合材層の内側面は、前記蓋体の下面上から前記堤部の連結面上又は内側面上に延在しており、前記蓋体側から前記底部側に向かうにつれて前記空間が広がるように傾斜することを特徴としている。

本発明の堤部の連結面は、蓋体側から底部側に向かうにつれて狭くなるように傾斜するとともに、傾斜角度が漸次急になる曲面としている。すなわち、従来の振動子デバイスの基板の堤部の角を、丸みを帯びるようにＲ面取りしている。このため、振動デバイスに外側から荷重がかかった場合に、接合材層の堤部と接する部分に応力が集中する部分がなくなるため、その部分を起点とした接合材層の破壊を抑制することができる。
従って、このような振動子デバイスよれば、接合材層が凝集破壊され難くなるため、基板と蓋体との接合強度を向上することができる。

また、前記堤部の連結面の平均傾斜角度は、前記接合材層の内側面の平均傾斜角度より小さいことが好ましい。
このため、振動デバイスに外側から荷重がかかった場合に、堤部から接合材層にかかる応力を均一に分散することができるため、接合材層の凝集破壊をより抑制することができる。
従って、このような振動子デバイスよれば、接合材層が凝集破壊され難くなるため、基板と蓋体との接合強度を向上することができる。

また、前記接合材層の内側面は、前記蓋体の下面上から前記堤部の連結面上に延在していることが好ましい。
接合材層の内側面が堤部の連結面に接続することにより、堤部から接合材層に加わる応力をより均一に分散することができる。
従って、このような振動子デバイスよれば、接合材層が凝集破壊され難くなるため、基板と蓋体との接合強度を向上することができる。

本発明によれば、基板と蓋体との接合強度に優れる振動子デバイスを提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる振動子デバイスを示す図である。 図１で示す振動子デバイスの断面図である。 図１で示す振動子デバイスの部分断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる振動子デバイスを示す図であり、図２は、図１で示す振動子デバイスの断面図である。図３は、図１で示す振動子デバイスの部分断面図である。
図示するように、本発明の振動子デバイス１は、基板１０と、振動子５０と、振動子５０を基板１０内に気密封止するための蓋体２０と、基板１０と蓋体２０とを接合する接合材層３０とを主な構成として備える。
なお、図１は、理解の容易のため分解斜視図で振動子デバイスを示し、導電性接着材を省略する。

本実施形態の振動子デバイス１は、平板状の底部１１と底部１１上に設けられる環状の堤部１２とからなり、底部１１と堤部１２とで囲まれる有底孔状の空間１７を有する基板１０と、空間１７内に設けられる振動子５０と、堤部１２の上面１４上に空間１７の開口を取り囲むように設けられる環状の接合材層３０と、接合材層３０により基板１０と接合されて、空間１７の開口を塞ぐ蓋体２０と、を備える。そして、堤部１２の上面１４と内側面１５との連結面１６は、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて空間１７が狭くなるように傾斜するとともに、その傾斜角度が漸次急になる曲面であり、接合材層３０の内側面３１は、蓋体２０の下面２１上から堤部１２の連結面１６上に延在しており、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて空間１７が広がるように傾斜する。そして、堤部の連結面１６の平均傾斜角度は、接合材層の内側面３１の平均傾斜角度より小さい。

基板１０は、底部１１と、底部１１上に設けられる環状の堤部１２とからなる。本実施形態では、基板１０は、底部１１と堤部１２とが互いに一体成型されたセラミック焼結体からなる。
また、本実施形態では、基板１０は堤部１２と底部１１との一体成型体であるため、底部１１と堤部１２との間に物理的な境界はないが、便宜上、図２において底部１１と堤部１２との境界を破線にて示している。

基板１０は、底部１１の上面１３と堤部１２の内側面１５及び連結面１６とで囲まれる有底孔状の空間１７を有し、堤部１２の上面１３側に空間１７の開口が形成される。本実施形態において、空間１７の開口は四角形状である。

基板１０を構成する材料は、特に限定されないが、セラミック材料とすることができる。特にセラミック材料としては、アルミナを主成分とするセラミック材料や、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック材料や、ムライトを主成分とするセラミック材料や、低温焼成の一種であるガラス−セラミック材料等を挙げることができる。

基板１０の製造方法としては、特に限定されないが、単層のセラミックグリーンシートをプレス成型した後に焼成する方法を用いることができる。また、底部１１を形成する平板状のセラミックグリーンシートと堤部１２を形成する環状のセラミックグリーンシートとを積層した後、焼成する方法や、底部１１と堤部１２とをそれぞれ別体に形成して、底部１１と堤部１２とを接合する方法等も用いることができる。

底部１１は、図２に示すように平板状の部位である。底部１１の上面１３の所定領域は、振動子５０が配置される振動子搭載領域である。この振動子搭載領域は本実施形態では平面状であるが、振動子５０を配置することができる領域である限りにおいて特に制限はない。

また、底部１１の大きさは、特に限定されないが、例えば、２．０ｍｍ（縦幅）×２．５ｍｍ（横幅）×０．４ｍｍ（厚さ）とする。

堤部１２は、底部１１の振動子搭載領域を取り囲んで底部１１上に設けられる環状の部位である。
堤部１２の上面１４は、底部１１の上面１３（底部１１の下面）と平行する平面である。
堤部１２の内側面１５は、底部１１側から蓋体２０側に向かうにつれて外側に開くように傾斜する、平面状の傾斜面である。
堤部１２の連結面１６は、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて空間１７が狭くなるように傾斜するとともに、その傾斜角度が漸次急になる曲面である。すなわち、堤部１２の連結面１６は、凸状に湾曲する。

本発明では、堤部１２の上面１４と内側面１５とは曲面状の連結面１６により接続するため、堤部１２の内側の面には角（境界線）が形成されない。そのため、上面１４と連結面１６との境界や、連結面１６と内側面１５との境界には、可視的な境界はない。
そこで、「堤部１２の上面１４」を、底部１１の上面１３と対向する平面とするとともに、「堤部１２の上面１４と連結面１６との境界」を、上面１４を堤部１２の外側から内側に進んだ場合における、面の傾きが変化する部分とする。
また、「堤部１２の連結面１６」を、上面１４に隣接して接続する曲面、かつ接合材層３０と接触する面とするとともに、「堤部１２の連結面１６と内側面１５との境界」を、連結面１６を堤部１２の上方から下方に進んだ場合における、曲がる方向が変わる部分、又は平面に変わる部分とする。
また、「堤部１２の内側面１４」を、底部１１の上面１３から堤部１２の上方に伸びるとともに、堤部１２の連結面１６と接続する面である。

また、堤部１２のサイズは、特に限定されないが、例えば２．０ｍｍ（縦幅）×２．５ｍｍ（横幅）×０．３ｍｍ（厚さ）とし、空間１７の開口のサイズは、例えば１．２ｍｍ（縦幅）×１．５ｍｍ（横幅）とする。また、堤部１２の内側面１５の傾斜角度は、底部１１の上面１３に対して、例えば８０°とする。堤部１２の連結面１６の平均傾斜角度（θ１）は、底部１１の上面１３（堤部１２の上面１４）に対して、例えば２７°とする。

堤部１２の連結面１６の平均傾斜角度は、下記式から算出する。
傾斜角度θ１（°）＝ｔａｎ^−１（Ｂ／Ａ）
図２で図示するように、式中、Ａは、連結面の水平距離（ｍｍ）であり、Ｂは連結面の高低差（ｍｍ）である。

電極層４０は、振動子５０に電力を供給するための一対の導体層である。一対の電極層４０は、底部１１の上面１３から、堤部１２の内側面１５、連結面１６、上面１４、外側面、及び底部１１の外側面を介して、底部１１の下面まで延在している。そして、電極層４０の底部１１の下面上の部位は、回路基板上に配置される際の振動子デバイスの外部電極となる。

電極層４０を構成する材料としては、特に限定されないが、タングステン、モリブデン、銅、銀、銀-白金等の金属を挙げることができる。また、電極層の酸化腐食を防止するために、その露出する表面にニッケルや金等の耐食性に優れる金属を被着させることもできる。

電極層４０の形成方法としては、特に限定されないが、インクジェット印刷方法を用いることができる。また、電極層４０の形成方法として、スクリーン印刷方法、メッキ方法、スパッタ方法、フォトリソ方法、パッド印刷方法等の形成方法も挙げることができる。

振動子５０は、平板状の部材である。また、振動子５０には一端部に沿って図示しない一対の電極が並んで形成されており、これらの電極の位置は、底部１１の上面１３に設けられる一対の電極層４０と対応する。そして、振動子５０は、一端部が底部１１の上面１３に位置する電極層４０に、導電性接着剤からなる導電性接着材５１により固定される。なお、振動子５０のそれぞれの電極が基板１０（底部１１の上面１３）に固定された状態において、振動子５０の他端部は、底部１１の上面１３に接していても、僅かに浮いていても良い。

蓋体２０は平板状の部材であり、接合材層３０により基板１０と接合されて、空間１７の開口を塞ぐ。

蓋体２０を構成する材料は、特に限定されないが、セラミック材料とすることができる。また、金属材料、樹脂材料等も挙げることができる。

なお、蓋体２０のサイズは、特に限定されないが、例えば１．８ｍｍ（縦幅）×２．３ｍｍ（横幅）×０．２ｍｍ（厚さ）とする。

接合材層３０は、基板１０と蓋体２０とを接合するための部材であって、基板１０の堤部１２の上面１４上に、環状に設けられる。そして、底部１１側から蓋体２０側に向けてフィレットを形成する。
接合材層３０の内側面３１は、蓋体２０の下面２１上から堤部１２の連結面１６上に延在しており、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて空間１７が広がるように傾斜するとともに、その傾斜角度が漸次急になる曲面（凹状に湾曲した曲面）である。
なお、内側面は、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて傾斜角度が漸次緩やかなる曲面（凸状に湾曲した曲面）としても良く、あるいは、平面状の傾斜面としても良い。

また、接合材層３０のサイズは、特に限定されないが、接合材層の厚み（堤部１２の上面１４から蓋体２０の下面２１までの距離）は、例えば０．０５ｍｍとする。また、接合材層３０の内側面３１の平均傾斜角度は、蓋体２０の下面２１に対して、例えば３０°（θ２）である。なお、接合材層３０の内側面３１の平均傾斜角度は、堤部１２の連結面１６と同様方法にて算出する。

なお、本実施形態では、堤部１２の連結面１６の平均傾斜角度は、接合材層３０の内側面３１の平均傾斜角度より小さくなっている。しかし、堤部１２の連結面１６の平均傾斜角度は、接合材層３０の内側面３１の平均傾斜角度と等しく又は大きくしても良い。

本実施形態では、接合材層３０の内側面３１は、蓋体２０の下面２１から堤部１２の連結面１６上に延在している。しかし、接合材層３０の内側面３１は、蓋体２０の下面２１から堤部１２の内側面１５上に延在しても良い。

接合材層３０を構成する材料は、特に限定されないが、ガラス材料とすることができる。また、ガラス材料として、ホウ圭酸ガラス、酸化バナジウム系ガラス、銀リン酸系ガラス、錫リン酸系ガラス、酸化ビスマス系ガラス等を挙げることができる。また、ガラス材料とは別に、半田、銀合金、金合金等の金属ロウ材や、シリコーン系樹脂接着剤、ポリイミド系樹脂接着剤、エポキシ系樹脂接着剤、ウレタン系樹脂接着剤などの樹脂接着剤も挙げることができる。

接合材層３０の形成方法、すなわち、基板１０と蓋体２０との接合方法は、特に限定されないが、以下のように行うことができる。まず、接合材層３０となるガラスペーストを蓋体２０の下面２１の所定領域に印刷、乾燥する。基板１０の堤部１２の上面１４と蓋体２０のガラスペーストが印刷された下面２１とが対向するように、基板１０上に蓋体２０を載置して、一定の加重を蓋体２０にかけた状態でガラスペーストの溶融温度にて窒素雰囲気中で熱処理することによって行なわれる。

このように振動子デバイス１は、底部１１の上面１３と、堤部１２の内側面１５と、堤部１２の連結面１６と、蓋体２０の下面２１とで囲まれる空間に、振動子５０を気密封止している。
振動子デバイス１は、一対の電極４０に、例えば交流電圧が印加されることにより、振動子５０の図示しない電極にこの電圧が印加され、振動子５０が振動する。

本実施形態の堤部１２の連結面１６は、蓋体２０側から底部１１側に向かうにつれて狭くなるように傾斜するとともに、傾斜角度が漸次急になる曲面としている。すなわち、従来の振動子デバイスの基板の堤部の角を、丸みを帯びるようにＲ面取りしている。このため、振動子デバイス１に外側から荷重がかかった場合に、接合材層３０の堤部１２と接する部分に応力が集中する部分がなくなるため、その部分を起点とした接合材層３０の凝集破壊を抑制することができる。
また、堤部１２の連結面１６の平均傾斜角度は、接合材層３０の内側面３１の平均傾斜角度より小さいため、振動子デバイス１に外側から荷重がかかった場合に、堤部１２から接合材層３０にかかる応力を均一に分散することができるため、接合材層３０の凝集破壊をより抑制することができる。
また、接合材層３０の内側面３１は、蓋体２０の下面２１から堤部１２の連結面１６上に延在しているため、堤部１２から接合材層３０に加わる応力をより均一に分散することができる。
従って、このような振動子デバイス１よれば、接合材層３０が凝集破壊され難くなるため、基板１０と蓋体２０との接合強度を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、基板と蓋体との接合強度に優れる振動子デバイスが提供され、電子回路に利用することが期待される。

１ ・・・振動子デバイス
１０・・・基板
１１・・・底部
１２・・・堤部
１３・・・底部の上面
１４・・・堤部の上面
１５・・・堤部の内側面
１６・・・堤部の連結面
１７・・・空間
２０・・・蓋体
２１・・・蓋体の下面
３０・・・接合材層
３１・・・接合材層の内側面
４０・・・電極層
５０・・・振動子
５１・・・導電性接着材

Claims (3)

1. 平板状の底部と前記底部上に設けられる環状の堤部とからなり、前記底部と前記堤部とで囲まれる有底孔状の空間を有する基板と、
   前記空間内に設けられる振動子と、
   前記堤部の上面上に前記空間の開口を取り囲むように設けられる環状の接合材層と、
   前記接合材層により前記基板と接合されて、前記空間の開口を塞ぐ蓋体と、
   を備え、
   前記堤部の上面と内側面との連結面は、前記蓋体側から前記底部側に向かうにつれて前記空間が狭くなるように傾斜するとともに、その傾斜角度が漸次急になる曲面であり、
   前記接合材層の内側面は、前記蓋体の下面上から前記堤部の連結面上又は内側面上に延在しており、前記蓋体側から前記底部側に向かうにつれて前記空間が広がるように傾斜する
   振動子デバイス。
2. 前記堤部の連結面の平均傾斜角度は、前記接合材層の内側面の平均傾斜角度より小さい
   請求項１に記載の振動子デバイス。
3. 前記接合材層の内側面は、前記蓋体の下面から前記堤部の連結面上に延在している
   請求項１又は２に記載の振動子デバイス。
   

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