JP2017153007A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】振動子部と基体との接合位置のずれを抑え、出力信号や特性が安定した圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイスは、下面に複数の第二電極パッド１１７が設けられた第一基板１１２を有した素子搭載部材１１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを備えた振動子部１１０と、貫通孔１５５を有する第二基板１５１と、この第二基板１５１の上面に設けられた第四電極パッド１５２と、を有し、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とが接合固着されることで、振動子部１１０の下面に搭載される基体１５０と、第一基板１１２の下面に実装された集積回路素子１６０と、複数の第二電極パッド１１７に設けられた突起部１１８と、第四電極パッド１５２からその下方の第二基板１５１にかけて設けられた孔部１５３と、を備え、孔部１５３に突起部１１８が嵌合された状態で第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とが接合固着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器等に用いられる電子部品の一つである圧電デバイスに関するものである。

圧電振動素子を内部に搭載した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、電子部品の一つとして、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。以下に従来の圧電デバイスの一例として、圧電材料として水晶を用い、平面視形状が矩形の圧電素子と集積回路素子を内部に搭載した圧電発振器について説明する。

圧電発振器は、水晶等の圧電振動素子の圧電効果を利用して、特定の周波数の信号を発振出力させるものである。例えば、第一基板と枠体によって第一基板の上面に凹部空間が設けられた素子搭載部材と、凹部空間内に露出した第一基板の上面に設けられた第一電極パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、凹部空間を気密封止する蓋部材と、を備えた振動子部と、第一基板の下面に設けられた第三電極パッドに搭載されている集積回路素子と、振動子部を構成する第一基板の下面に設けられた第二電極パッドに接続されている基体と、を備えた圧電発振器が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１０−２００１０２号公報

前述した圧電発振器を含む従来の圧電デバイスは、平板状の基体の上面に、圧電振動素子を内部に搭載した振動子部を載置した形態となっている。このとき振動子部の外側下面に設けた第二電極パッドと基体の上面に設けた第四電極パッドとを導電性を有する接合材を溶融後固化することにより接合している。このような圧電デバイスでは、第二電極パッド及び第四電極パッドの接合面が平面であるため、接合材の溶融時に第二電極パッドと第四電極パッドとの接合位置がずれてしまい、第二電極パッドと第四電極パッドとの間で電気信号の導通の不安定化や不導通を起こす可能性があり、圧電デバイスの出力信号やその特性の不安定化を起こすおそれがあった。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、振動子部と基体との接合位置のずれを抑え、出力信号や特性が安定した圧電デバイスを提供することを課題とする。

本発明の圧電デバイスは、下面に複数の第二電極パッドが設けられた平面視四角形の第一基板を有した素子搭載部材と、この第一基板の上面に実装された圧電振動素子と、素子搭載部材に接合することで圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを備えた振動子部と、平面視四角形の平板であり中央に貫通孔を有する第二基板と、この第二基板の上面の第二電極パッドと対応する位置に設けられた第四電極パッドと、を有し、振動子部の下面に搭載される基体と、貫通孔内であって第一基板の下面に実装された電子部品素子と、複数の第二電極パッドのうち少なくとも二つの第二電極パッドの表面に設けられた突起部と、突起部を有する第二電極パッドが接合される第四電極パッドからその下方の第二基板にかけて設けられた、所定の第二電極パッドに設けられた突起部が嵌合することができる孔部と、を備え、この孔部に突起部が嵌合された状態で第二電極パッドと第四電極パッドとが導電性接合材により接合固着されていることを特徴とする。

本発明の圧電デバイスは、下面に複数の第二電極パッドが設けられた平面視四角形の第一基板を有した素子搭載部材と、この第一基板の上面に実装された圧電振動素子と、素子搭載部材に接合することで圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを備えた振動子部と、平面視四角形の平板であり中央に貫通孔を有する第二基板と、この第二基板の上面の第二電極パッドと対応する位置に設けられた第四電極パッドと、第二基板の下面に設けられた外部接続電極パッドとを有し、第二電極パッドと第四電極パッドとが導電性接合材により接合固着されることで、振動子部の下面に搭載される基体と、貫通孔内であって、第一基板の下面に実装された電子部品素子と、複数の第二電極パッドのうち少なくとも二つの第二電極パッドの表面に設けられた突起部と、この突起部を有する第二電極パッドが接合される第四電極パッドからその下方の第二基板にかけて設けられた、所定の第二電極パッドに設けられた突起部が嵌合することができる孔部とを備え、孔部に突起部が嵌合された状態で第二電極パッドと第四電極パッドとが導電性接合材により接合固着されている。

このような構成により、第二電極パッドと第四電極パッドとの接合の際に接合材が溶融しても、複数の第二電極パッドに設けられた突起部と第四電極パッドからその下方の第二基板にかけて設けられた孔部とが嵌合しているため、第二電極パッドと第四電極パッドとの接合位置がずれてしまうことがなく、第二電極パッドと第四電極パッドとの間で電気信号の導通の不安定化や不導通を起こすことを抑止し、安定的な圧電デバイスの出力信号やその特性を得ることが可能となる。

よって、本発明は、振動子部と基体との接合位置のずれを抑え、出力信号や特性が安定した圧電デバイスを提供できる効果を奏する。

本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。 図１に示したＡ−Ａ切断線で切断したときの断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第一変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第二変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。 本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第二変形例を示したものであり、（ａ）は振動子部を基体側から見た平面図であり、（ｂ）は基体を振動子部側からみた平面図である。 本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスを、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスを示した分解斜視図である。図２は、図１に示したＡ−Ａ切断線で切断したときの断面図である。図３は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第一変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。図４は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第二変形例を、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。図５は、本発明の第一実施形態に係る圧電デバイスにおける第二変形例を示したものであり、（ａ）は振動子部を基体側から見た平面図であり、（ｂ）は基体を振動子部側からみた平面図である。図６は、本発明の第二の実施形態に係る圧電デバイスを、図２と同じ位置で切断したときの断面図である。

尚、各図では、説明を明りょうとするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。また、各図面では説明を平易とするため、図５を除き、図面が記載されている用紙上方を各々の圧電デバイス及びそれを構成する各構成要素の上方として記述する。図５（ａ）については、図示してある面を下面、反対側の面を上面として記述する。図５（ｂ）については、図示してある面を上面、反対側の面を下面として記述する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態として、圧電デバイスの一つである圧電発振器について説明する。圧電発振器１００は、図１及び図２に示すように、振動子部１１０と、基体１５０と、集積回路素子１６０とから主に構成されている。このような圧電発振器１００は、電子機器等で使用する基準信号を生成出力するために用いられる。

振動子部１１０は、内部に圧電振動素子１２０を、且つ外部に集積回路素子１６０を安定的に搭載しつつ、圧電振動素子１２０及び集積回路素子１６０に電気信号を入力させ圧電振動素子１２０及び集積回路素子１６０からの電気信号を出力させることに用いる。振動子部１１０は、素子搭載部材１１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを備えている。

素子搭載部材１１１は、後述する圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材１１１は、第一基板１１２と、枠体１１３とからなり、第一電極パッド１１４と、第二電極パッド１１７と、突起部１１８と、第三電極パッド１１９とを備えた構成となっている。

第一基板１１２は、平面視矩形状の平板であり、その上面に圧電振動素子１２０を実装し且つ下面に集積回路素子１６０を実装するための実装部材として機能するものである。第一基板１１２の上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第一電極パッド１１４が設けられており、下面の四隅には、後述する基体１５０への信号を入出力させつつ振動子部１１０を基体１５０に固着させるための第二電極パッド１１７が設けられている。また、下面の中央には、後述する集積回路素子１６０へ信号を入出力させつつ集積回路素子１６０を固着搭載させるための第三電極パッド１１９が設けられている。第一基板１１２の表面及び内部には、第一電極パッド１１４と第三電極パッド１１９とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）と、第二電極パッド１１７と第三電極パッド１１９とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。また、第一電極パッド１１４と第二電極パッド１１７とは集積回路素子１６０を介して電気的に接続しているが、直接的には電気的に接続していない。尚、第一基板１１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。

枠体１１３は、第一基板１１２の上面の外周縁に沿って設けられており、第一基板１１２の上面側に凹部１１６を形成するためのものである。枠体１１３は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。尚、この枠体１１３の内周の大きさ、つまり凹部１１６の開口部の大きさは、後述する圧電振動素子１２０が横方向で凹部１１６内に搭載できる大きさとなっている。

第一電極パッド１１４は、後述する圧電振動素子１２０と導電性接着剤１１５を用いて導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第一電極パッド１１４は一対であり、凹部１１６内に露出した第一基板１１２の上面の一方の短辺に沿って並びつつ、圧電振動素子１２０が凹部１１６内の所定の位置に配置されたときに圧電振動素子１２０に設けられた接続用電極１２３に対向する位置に設けられている。この第一電極パッド１１４は、基板１１２内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の第三電極パッド１１９と電気的に接続されている。尚、第一電極パッド１１４は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

第二電極パッド１１７は、振動子１１０を基体１５０に実装する際に、半田等の導電性接合材を介して電気的に接続するための電極パッドとして機能する。第二電極パッド１１７は、第一基板１１２の下面の四隅にそれぞれ一つずつ計四個設けられており、それぞれの第二電極パッド１１７は、所定の第三電極パッド１１９と基板１１２内に設けられた配線パターン（図示せず）により電気的に接続されている。尚、この第二電極パッド１１７のうち、ＧＮＤ（接地）電位となる第二電極パッド１１７は後述する蓋部材１３０と電気的に接続していても構わない。また、第二電極パッド１１７は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

それぞれの第二電極パッド１１７には、突起部１１８が設けられている。突起部１１８は、後述する基部１５０に設けられた孔部１５３に嵌合することにより、振動子部１１０と基体１５０とを所定の位置に固定配置することに用いられる。この突起部１１８は、個々の第二電極パッド１１７の主面の中心から基体１５０の方向に向かって延設したものであり、円柱形状の外形形状となっている。また、突起部１１８は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の導電性の金属からなり、例えば、所定の厚みを有する銅箔に対してエッチングによって形成し、或いは、バンプボンダーによるＡｕバンプによって形成する。また、突起部１１８の長さ寸法は、孔部１５３の深さ寸法よりも短く形成されており、例えば３０〜１００μｍとなっている。尚、図１及び２に示した実施形態では四つの第二電極パッド１１７それぞれに一つずつ突起部１１８を設けた形態を示したが、振動子部１１０と基体１５０とを所定の位置に固定配置するためには少なくとも二つの第二電極パッド１１７それぞれに一つずつ突起部１１８を設けた形態であっても構わない。また、突起部１１８の外形形状は、円柱形状だけでなく、角柱形状など他の外形形状の突起部でも構わない。

第三電極パッド１１９は、後述する集積回路素子１６０を接合導通するものであり、第一基板１１２の下面の中央部分に、集積回路素子１６０に設けられた複数個の接続パッド１６１に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、集積回路素子１６０に接続パッド１６１が二列状に計八個設けられていた場合、第三電極パッド１１９は、第一基板１１２の下面の中央部に二列状に計八個設けられることとなる。第三電極パッド１１９のうち所定のパッドは、第一電極パッド１１４と電気的に接続されている。また、残りの第三電極パッド１１９のうちの所定のパッドは、それぞれ第二電極パッド１１７と電気的に接続されている。尚、第三電極パッド１１９は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

圧電振動素子１２０は、例えば、厚みすべり振動を用いて所望する周波数の電気信号を生成するものである。圧電振動素子１２０は、図２に示すように、圧電素子１２１と、圧電素子１２１の上面に設けられた厚みすべり振動を励振する励振用電極１２２と、接続用電極１２３から主に構成されている。

圧電素子１２１は、平面視矩形の平板であり、人工水晶体から所定のアングルでカットされ外形加工された水晶薄板が用いられている。尚、本実施形態においては、圧電素子１２１に水晶薄板を用いたが、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電性を有する単結晶材料を材料とした薄板を使用しても良い。

励振用電極１２２は、厚みすべり振動を圧電素子１２１に生成するためのものである。励振用電極１２２は、圧電素子１２１の上面及び下面のほぼ中央に一つずつ、圧電素子１２１を挟んで対向して設けられている。励振用電極１２２は、例えば、互いに同一の形状及び大きさであり、平面透視において重なっている。励振用電極１２２の形状は、例えば、圧電素子１２１の主面の四辺と平行な四辺を有する概略矩形である。また、励振用電極１２２は、圧電素子１２１の上下面に、金、アルミニウム、ニッケル、クロムやチタン、或いはこれらの金属を含む合金等の導電性の金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に積層形成した上で、フォトリソグラフィ法等の製造方法により形成されている。例えば、励振用電極１２２は上面から順にＡｕ、Ｎｉ、Ｃｒの金属の三層構造となっていても良い。

接続用電極１２３は、素子搭載部材１１０に設けられた第一電極パッド１１４と圧電振動素子１２０の励振用電極１２２との間の信号の入出力を行うためのものである。接続用電極１２３は、それぞれの励振用電極１２２から引き出された配線パターンの各終端部分に設けられおり、圧電素子１２１の一方の短辺の両角部の上面から側面を介して下面にかけて、それぞれ一個計二個形成されている。この接続用電極１２３は、導電性接着剤１１５により、素子搭載部材１１１に設けられた第一電極パッド１１４と電気的に接続されている。また、接続用電極１２３は、圧電素子１２１の一方の短辺の両角部の上下側面に、金、アルミニウム、ニッケル、クロムやチタン、或いはこれらの金属を含む合金等の導電性の金属を蒸着あるいはスパッタリング等により薄膜状に積層形成した上で、フォトリソグラフィ法等の製造方法により形成されている。例えば、接続用電極１２３は上面から順にＡｕ、Ｎｉ、Ｃｒの金属の三層構造となっていても良い。

導電性接着剤１１５は、接続用電極１２３と第一電極パッド１１４とを電気的に接続させつつ、圧電振動素子１２０を第一電極パッド１１４に固着するためのものである。導電性接着剤１１５は、銀等を導電性フィラーとして含有したエポキシ系又はシリコーン系の合成樹脂からなり、粘度は２０〜４０Ｐａ・ｓとなっている。この導電性接着剤１１５は、例えば、流動性を有した状態で第一電極パッド１１４の上面に適量塗布され、圧電振動素子１２０を導電性接着剤１１５と接続用電極１２３とが接触するように配置した後、１２０〜２００℃で加熱して導電性接着剤１１５を固化させることにより、接続用電極１２３と第一電極パッド１１４とを電気的に接続させつつ、圧電振動素子１２０を第一電極パッド１１４に固着させている。

蓋部材１３０は、真空状態にある凹部１１６、あるいは窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが充填された凹部１１６を気密的に封止するためのものである。蓋部材１３０は、平面視矩形状の平板形状であり、凹部１１６の開口部を覆い塞ぐ大きさを有する。蓋部材１３０は、枠体１１３の開口部側主面上に凹部１１６の開口部を覆い塞ぐように配置され、枠体１１３の開口部側上面と接合材１４０を介して接合されている。蓋部材１３０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金あるいはセラミックからなり、その厚み寸法は、例えば０．２〜１．０ｍｍである。

尚、振動子部１１０の構成は前記したものに限定されず、例えば、枠部１１３を備えずに、第一基板１１２の上面に圧電振動素子１２０を搭載し、その圧電振動素子１２０を覆うように箱状でフランジを有する蓋部材を被せ、その蓋部材のフランジ部分と第一基板１１２とを接合することで蓋部材内の圧電振動素子１２０を気密封止した形態の振動子部でも良い。

基体１５０は、前述した振動子部１１０を接合するためのものであると共に、集積回路素子１６０を収容するためのものである。基体１５０は、第二基板１５１と第四電極パッド１５２と、孔部１５３と、外部接続電極パッド１５４とを備えている。

第二基板１５１は、平面視外形が矩形である平板状であり、振動子部１１０を実装するためのものである。第二基板１５１の上面には、振動子部１１０に設けられた第二電極パッド１１７に対応する位置に第四電極パッド１５２が設けられており、下面には、外部接続電極パッド１５４が設けられている。第二基板１５１の表面及び内部には、上面に設けられた第四電極パッド１５２と、第二基板１５１の下面に設けられた外部接続電極パッド１５４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。又、第二基板１５１の平面視中央には、後述する集積回路素子１６０を収めることが可能な大きさの貫通孔１５５が形成されている。第二基板１５１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、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。

第四電極パッド１５２は、後述する振動子部１１０を接合導通するためのものである。第四電極パッド１５２は、第二基板１５１の上面に設けられており、振動子部１１０の第一基板１１２の下面に設けられた第二電極パッド１１７に対応する個数及び位置に設けられている。例えば、振動子部１１０の第一基板１１２の下面四隅に第二電極パッド１１７が設けられていた場合、第四電極パッド１５２は、第二基板１５１の上面の四隅に設けられることとなる。第四電極パッド１５２は、第二基板１５１に設けられた配線パターン（図示せず）を介して、第二基板１５１の下面に設けられた外部接続電極パッド１５４と電気的に接続されている。

それぞれの第四電極パッド１５２及びその第四電極パッド１５２の下方にあたる第二基板１５１には、孔部１５３が設けられている。孔部１５３は、前述した振動子部１１０に設けられた突起部１１８を嵌合することにより、振動子部１１０と基体１５０とを所定の位置に配置することに用いられる。孔部１５３は、動子部１１０と基体１５０とを所定の位置に配置することができるように、突起部１１８の形成位置に対応して、例えば、個々の第四電極パッド１５２の主面の中心から第二基板１５１の厚み方向に向かって穿孔したものであり、突起部１１８が嵌合可能な径を有する円筒形状の外形形状となっている。また、孔部１５３の深さ寸法は、突起部１１８の長さ寸法よりも深く形成されており、例えば５０〜１５０μｍとなっている。また、孔部１５３は、第二基板１５１の厚み方向に貫通した孔でも構わない。尚、振動子部１１０と基体１５０とは、突起部１１８と孔部１５３とを嵌合しつつ、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とを導電性接合材１７０により固着することによって接合され、一体として構成されている。

外部接続電極パッド１５４は、圧電発振器１００を電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部接続電極パッド１５４は、第二基板１５１の下面に複数個設けられており、第四電極パッド１５２と個々に電気的に接続されている。外部接続電極パッド１５４には、例えば、ＧＮＤ電位と接続されている実装基板のパッドと接続される端子の他に、出力端子として用いられる端子、電源電圧端子として用いられる端子、後述する集積回路素子１３０へのデータ書込読込端子及び周波数制御端子として用いられる端子を備えている。

集積回路素子１６０は、例えば、複数個の接続パッド１６１を有した平面視矩形のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面（上面）には、所定の電子回路及び電子素子を組み合わせて、例えば、圧電振動素子１２０を励振する発振回路、波形成形回路、温度補償回路などが設けられている。この集積回路素子１６０は、接続パッド１６１と振動子部１１０の下面に設けられた第三電極パッド１１９とを、半田等の導電性接合材１７０によって接合固着することにより、振動子部１１０と基体１５０とを接合したときに貫通孔１５５内に露出する振動子部１１０の下面に搭載される。

第一実施形態における圧電発振器１００は、下面に複数の第二電極パッド１１７が設けられた平面視四角形の第一基板１１２を有した素子搭載部材１１１と、この第一基板１１２の上面に実装された圧電振動素子１２０と、素子搭載部材１１１に接合することで圧電振動素子１２０を気密封止する蓋部材１３０とを備えた振動子部１１０と、平面視四角形の平板であり中央に貫通孔１５５を有する第二基板１５１と、この第二基板１５１の上面の第二電極パッド１１７と対応する位置に設けられた第四電極パッド１５２と、第二基板１５１の下面に設けられた外部接続電極パッド１５４と、を有し、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とが導電性接合材１７０により接合固着されることで、振動子部１１０の下面に搭載される基体１５０と、貫通孔１５５内であって、第一基板１１２の下面に実装された集積回路素子１６０と、複数の第二電極パッド１１７のうち少なくとも二つの第二電極パッド１１７の表面に設けられた突起部１１８と、この突起部１１８を有する第二電極パッド１１７が接合される第四電極パッド１５２からその下方の第二基板１５１にかけて設けられた、所定の第二電極パッド１１７に設けられた突起部１１８が嵌合することができる孔部１５３と、を備え、孔部１５３に突起部１１８が嵌合された状態で第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とが導電性接合材１７０により接合固着されている。

このような構成により、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２との接合の際に導電性接合材１７０が溶融しても、複数の第二電極パッド１１７に設けられた突起部１１８と第四電極パッド１５２からその下方の第二基板１５１にかけて設けられた孔部１５３とが嵌合しているため、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２との接合位置がずれてしまうことがなく、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２との間で電気信号の導通の不安定化や不導通を起こすことを抑止し、安定的な圧電デバイスの出力信号やその特性を得ることが可能となる。

また、突起部１１８の形状が円柱形であり孔部１５３の形状が円筒形状であることにより、角柱形等の他の形状の突起部及び孔部に比較して、突起部１１８と孔部１５３の嵌合が滑らかに行うことができ、嵌合の際に突起部１１８や孔部１５３にカケや割れなどが生じることを抑えることが可能となる。更に、他の形状に比べ、円筒形状の孔部は容易に形成することが可能である。

（第一変形例）
以下に第一実施形態に係る圧電デバイスの第一変形例について説明する。尚、第一変形例において、第一実施形態の圧電デバイスである圧電発振器１００と同じ構成要素の部分には、圧電発振器１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図３に示すように、第一変形例である圧電発振器２００は、突起部及び孔部の形態が圧電発振器１００と異なっている。

圧電デバイスである圧電発振器２００は、図３に示すように、振動子部２１０と、基体２５０と、集積回路素子１６０とから主に構成されている。このような圧電発振器２００は、電子機器等で使用する基準信号を生成出力するために用いられる。

振動子部２１０は、内部に圧電振動素子１２０を、且つ外部に集積回路素子１６０を安定的に搭載しつつ、圧電振動素子１２０及び集積回路素子１６０に電気信号を入力させ圧電振動素子１２０及び集積回路素子１６０からの電気信号を出力させることに用いる。振動子部２１０は、素子搭載部材１１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを備えている。

素子搭載部材１１１は、圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材１１１は、第一基板１１２と、枠体１１３とからなり、第一電極パッド１１４と、第二電極パッド１１７と、突起部２１８と、第三電極パッド１１９とを備えた構成となっている。

それぞれの第二電極パッド１１７には、突起部２１８が設けられている。突起部２１８は、基部２５０に設けられた孔部２５３に嵌合することにより、振動子部２１０と基体２５０とを所定の位置に固定配置することに用いられる。この突起部２１８は、個々の第二電極パッド１１７の主面の中心から基体２５０の方向に向かって延設したものであり、円錐形状又は円錐台形状の外形形状となっている。また、突起部２１８は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の導電性の金属からなり、例えば、所定の厚みを有する銅箔に対してエッチングによって形成し、或いは、バンプボンダーによるＡｕバンプによって形成する。また、突起部２１８の長さ寸法は、孔部２５３の深さ寸法よりも短く形成されており、例えば３０〜１００μｍとなっている。尚、第一変形例では四つの第二電極パッド１１７それぞれに一つずつ突起部２１８を設けた形態を示したが、振動子部２１０と基体２５０とを所定の位置に固定配置するためには少なくとも二つの第二電極パッド１１７それぞれに一つずつ突起部２１８を設けた形態であっても構わない。

また、基部２５０は、前述した振動子部２１０を接合するためのものであると共に、集積回路素子１６０を収容するためのものである。基体２５０は、第二基板１５１と第四電極パッド１５２と、孔部２５３と、外部接続電極パッド１５４とを備えている。

それぞれの第四電極パッド１５２及びその第四電極パッド１５２の下方にあたる第二基板１５１には、孔部２５３が設けられている。孔部１５３は、振動子部２１０に設けられた突起部２１８を嵌合することにより、振動子部２１０と基体２５０とを所定の位置に配置することに用いられる。孔部２５３は、振動子部２１０と基体２５０とを所定の位置に配置することができるように、突起部２１８の形成位置に対応して、例えば、個々の第四電極パッド１５２の主面の中心から第二基板１５１の厚み方向に向かって穿孔したものであり、突起部２１８が嵌合可能な径を有する突起部２１８の円錐又は円錐台の側面形状と相似又は類似する壁面形状を有する逆円錐又は逆円錐台形状の孔である。また、孔部２５３の深さ寸法は、突起部２１８の長さ寸法よりも深く形成されており、例えば５０〜１５０μｍとなっている。尚、振動子部２１０と基体２５０とは、突起部２１８と孔部２５３とを嵌合しつつ、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とを導電性接合材１７０により固着することによって接合され、一体として構成されている。

このように、第一変形例の圧電発振器２００は、突起部２１８の形状が底面を第二電極パッド１１７側にした円錐形又は円錐台形であり、孔部２５３の形状が突起部２１８の突起部２１８が嵌合可能な径を有する突起部２１８の円錐又は円錐台の側面形状とは相似又は類似する壁面形状を有する逆円錐又は逆円錐台形状の孔であることにより、突起部２１８と孔部２５３とを嵌合する際に嵌合位置が多少ずれたとしても、孔部２５３の壁面に突起部２１８の先端及び側面が接触し孔先端方向にスライドすることにより、突起部２１８と孔部２５３が正しい位置で嵌合することが可能となる。

（第二変形例）
以下に第一実施形態に係る圧電デバイスの第二変形例について説明する。尚、第二変形例において、第一実施形態の圧電デバイスである圧電発振器１００と同じ構成要素の部分には、圧電発振器１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図４及び５に示すように、第二変形例である圧電発振器３００は、突起部及び孔部の形態が圧電発振器１００と異なっている。

圧電デバイスである圧電発振器３００は、図４に示すように、振動子部３１０と、基体３５０と、集積回路素子１６０とから主に構成されている。このような圧電発振器３００は、電子機器等で使用する基準信号を生成出力するために用いられる。

振動子部３１０は、内部に圧電振動素子１２０を、且つ外部に集積回路素子１６０を安定的に搭載しつつ、圧電振動素子１２０及び集積回路素子１６０に電気信号を入力させ圧電振動素子１２０及び集積回路素子１６０からの電気信号を出力させることに用いる。振動子部３１０は、素子搭載部材１１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを備えている。

素子搭載部材１１１は、圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材１１１は、第一基板１１２と、枠体１１３とからなり、第一電極パッド１１４と、第二電極パッド１１７と、突起部３１８ａ及び３１８ｂと、第三電極パッド１１９とを備えた構成となっている。

図５（ａ）に示すように、四つの第二電極パッド１１７のうち、一つの第二電極パッド１１７には突起部３１８ａが設けられている。他の三つの第二電極パッド１１７には突起部３１８ｂが設けられている。突起部３１８ａは基体３５０に設けられた孔部３５３ａに嵌合し、且つ、突起部３１８ｂは基体３５０に設けられた孔部３５３ｂに嵌合することにより、振動子部３１０と基体３５０とを所定の位置に固定配置することに用いられる。突起部３１８ａは、一つの第二電極パッド１１７の主面の中心から基体３５０の方向に向かって延設したものであり、円柱形状の外形形状となっている。突起部３１８ｂは、残り三つの第二電極パッド１１７それぞれの主面の中心から基体３５０の方向に向かって延設したものであり、円柱形状の外形形状となっている。また、突起部３１８ａの直径の大きさが突起部３１８ｂの直径の大きさに比べて大きくなっている。つまり、圧電発振器３００において第二電極パッド１１７に設けられた突起部の大きさは同一ではない。突起部３１８ａ及び３１８ｂは、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ等の導電性の金属からなり、例えば、所定の厚みを有する銅箔に対してエッチングによって形成し、或いは、バンプボンダーによるＡｕバンプによって形成する。また、突起部３１８ａ及び３１８ｂの長さ寸法は、孔部３５３ａ及び３５３ｂの深さ寸法よりも短く形成されており、例えば３０〜１００μｍとなっている。尚、第二変形例では四つの第二電極パッド１１７のうち一つに、他の三つの第二電極パッド１１７に設けた突起部３１８ｂよりも直径が大きい突起部３１８ａを設けた形態を示したが、振動子部１１０と基体１５０とを所定の位置に固定配置するためには少なくとも二つの第二電極パッド１１７に突起部を設け、そのうち一つの突起部の大きさが他の突起部のおおきさよりも大きい形態であっても構わない。

また、基部３５０は、前述した振動子部３１０を接合するためのものであると共に、集積回路素子１６０を収容するためのものである。基体３５０は、第二基板１５１と第四電極パッド１５２と、孔部３５３ａ及び３５３ｂと、外部接続電極パッド１５４とを備えている。

図５（ｂ）に示すように、突起部３１８ａが設けられた第二電極パッド１１７に対応する一つの第四電極パッド１５２及びその第四電極パッド１５２の下方にあたる第二基板１５１には、孔部３５３ａが設けられている。また、突起部３１８ｂが設けられた第二電極パッド１１７に対応する残りの第四電極パッド１５２及びその第四電極パッド１５２の下方にあたる第二基板１５１には、孔部３５３ｂが設けられている。孔部３５３ａは振動子部３１０に設けられた突起部３１８ａを嵌合することにより、また、孔部３５３ｂは振動子部３１０に設けられた突起部３１８ｂを嵌合することにより、振動子部３１０と基体３５０とを所定の位置に配置することに用いられる。

孔部３５３ａは、振動子部３１０と基体３５０とを所定の位置に配置することができるように、突起部３１８ａの形成位置に対応して、例えば、一つの第四電極パッド１５２の主面の中心から第二基板１５１の厚み方向に向かって穿孔したものであり、突起部３１８ａが嵌合可能な径を有する円筒形状の孔である。孔部３５３ｂは、振動子部３１０と基体３５０とを所定の位置に配置することができるように、突起部３１８ｂの各形成位置に対応して、例えば、残り三つの第四電極パッド１５２の主面の中心から第二基板１５１の厚み方向に向かって穿孔したものであり、突起部３１８ｂが嵌合可能な径を有する円筒形状の孔である。つまり、孔部３５３ａの直径の大きさが突起部３５３ｂの直径の大きさに比べて大きくなっており、圧電発振器３００において基体３５０に設けられた孔部の大きさは同一ではない。また、孔部３５３ａ及び３５３ｂの深さ寸法は、突起部３１８ａ及び３１８ｂの長さ寸法よりも深く形成されており、例えば５０〜１５０μｍとなっている。尚、振動子部３１０と基体３５０とは、突起部３１８ａと孔部３５３ａ及び突起部３１８ｂと孔部３５３ｂとを嵌合しつつ、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とを導電性接合材１７０により固着することによって接合され、一体として構成されている。

このように、第二変形例の圧電発振器３００は、複数設けられた突起部うち少なくとも一つの突起部３１８ａの大きさが他の突起部３１８ｂよりも大きく形成されており、他の突起部よりも大きく形成された突起部３１８ａに対応して設けられた孔部３５３ａも、他の孔部３５２ｂよりも大きく形成されている。通常、個々の第二電極パッド１１７及び第四電極パッド１５２の組み合わせには異なる機能（例えば、信号の入出力、電源電圧やＧＮＤなど）が割り振られている。そこで前述した構成により、正しい組み合わせの第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とを接合する場合は、すべての第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とに設けられた突起部３１８ａと孔部３５３ａ及び突起部３１８ｂと孔部３５３ｂが嵌合することができる。しかし、間違った組み合わせの第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２を接合しようとした場合は、必ず一つの第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とに設けられた突起部３１８ａと孔部３５３ｂとが嵌合することができない。よって、機能が異なった組み合わせの第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とを間違って接合してしまうことを抑止することが可能となる。

（第二実施形態）
以下に本願発明の第二実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。尚、第二実施形態において、第一実施形態の圧電デバイスである圧電発振器１００と同じ構成要素の部分には、圧電発振器１００の各構成要素に付与した符号と同じ符号を付してその説明を省略する。図６に示すように、第二実施形態である圧電振動子４００は、各電極パッド間の接続形態及び電子部品素子の形態が圧電発振器１００と異なっている。

本発明の第二実施形態として、圧電デバイスの一つである圧電振動子について説明する。圧電振動子４００は、図６に示すように、振動子部４１０と、基体１５０と、電子部品素子であるサーミスタ素子４６０とから主に構成されている。このような圧電振動子４００は、電子機器等で使用する各種電子部品の動作タイミング基準信号やクロック基準信号を生成出力するために用いられる。

振動子部４１０は、内部に圧電振動素子１２０を、且つ外部にサーミスタ素子４６０を安定的に搭載しつつ、圧電振動素子１２０及びサーミスタ素子４６０に電気信号を入力させ圧電振動素子１２０及びサーミスタ素子４６０からの電気信号を出力させることに用いる。振動子部４１０は、素子搭載部材４１１と、圧電振動素子１２０と、蓋部材１３０とを備えている。

素子搭載部材４１１は、圧電振動素子１２０を安定的に搭載するためのものである。素子搭載部材４１１は、第一基板４１２と、枠体１１３とからなり、第一電極パッド１１４と、第二電極パッド１１７と、突起部１１８と、第三電極パッド４１９とを備えた構成となっている。

第一基板４１２は、平面視矩形状の平板であり、その上面に圧電振動素子１２０を実装し且つ下面にサーミスタ素子４６０するための実装部材として機能するものである。第一基板４１２の上面には、圧電振動素子１２０へ信号を入出力するための第一電極パッド１１４が設けられており、下面の四隅には、基体１５０への信号を入出力させつつ振動子部１１０を基体１５０に固着させるための第二電極パッド１１７が設けられている。また、下面の中央には、後述するサーミスタ素子４６０へ信号を入出力させつつサーミスタ素子４６０を固着搭載させるための第三電極パッド４１９が設けられている。第一基板４１２の表面及び内部には、第一電極パッド１１４と所定の第二電極パッド１１７とのみを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）と、第三電極パッド４１９と第一電極パッド１１４と電気的に接続していない第二電極パッド１１７とのみを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。つまり、第一電極パッド１１４と第三電極パッド４１９は圧電振動子１００の内部では電気的に接続していない。尚、第一基板４１２は、例えば、アルミナセラミックスまたはガラス−セラミックス等のセラミック材料、またはガラス−エポキシである絶縁材料から構成されている。

第一電極パッド１１４は、圧電振動素子１２０と導電性接着剤１１５を用いて導通し、圧電振動素子１２０への信号の入出力をするものである。第一電極パッド１１４は一対であり、凹部１１６内に露出した第一基板４１２の上面の一方の短辺に沿って並びつつ、圧電振動素子１２０が凹部１１６内の所定の位置に配置されたときに圧電振動素子１２０に設けられた接続用電極１２３に対向する位置に設けられている。この第一電極パッド１１４は、基板１１２内に設けられた配線パターン（図示せず）により所定の第二電極パッド１１４とのみ電気的に接続されている。尚、第一電極パッド１１４は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

第三電極パッド４１９は、後述するサーミスタ素子４６０を接合導通するものであり、第一基板１１２の下面の中央部分に、サーミスタ素子１６０に設けられた二個の接続端子に対応する個数及び位置に設けられている。第三電極パッド４１９は、第二電極パッド１１７のうち第一電極パッド１１４と電気的に接続していない第二電極パッド１１７とのみ電気的に接続されている。尚、第三電極パッド１１９は金等の導電性の金属のメタライズ処理によって形成される。

基体１５０は、振動子部４１０を接合するためのものであると共に、サーミスタ素子４６０を収容するためのものである。基体１５０は、第二基板１５１と第四電極パッド１５２と、孔部１５３と、外部接続電極パッド１５４とを備えている。

第二基板１５１は、平面視外形が矩形である平板状であり、振動子部４１０を実装するためのものである。第二基板１５１の上面には、振動子部４１０に設けられた第二電極パッド１１７に対応する位置に第四電極パッド１５２が設けられており、下面には、外部接続電極パッド１５４が設けられている。第二基板１５１の表面及び内部には、上面に設けられた第四電極パッド１５２と、第二基板１５１の下面に設けられた外部接続電極パッド１５４とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。又、第二基板１５１の平面視中央には、後述するサーミスタ素子４６０を収めることが可能な大きさの貫通孔１５５が形成されている。第二基板１５１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、又はガラス−エポキシである絶縁体から構成されている。

サーミスタ素子４６０は、素子周囲の温度変化によって電気抵抗が顕著な変化を示すものであり、この抵抗値の変化から電圧が変化するため、抵抗値と電圧との関係及び電圧と温度との関係により、出力された電圧から圧電振動子４００の温度情報を得るために用いられる。サーミスタ素子４６０は、直方体形状であり、両端に接続端子が設けられている。このサーミスタ素子４６０は、サーミスタ素子４６０に設けられた接続端子と振動子部４１０の下面に設けられた第三電極パッド４１９とを、半田等の導電性接合材１７０によって接合固着することにより、振動子部４１０と基体１５０とを接合したときに貫通孔１５５内に露出する振動子部４１０の下面に搭載される。尚、サーミスタ素子４６０に代えて、例えば、白金側温抵抗体又はダイオード等の温度情報を発生させる電子部品素子を用いても良い。

第二実施形態における圧電振動子４００は、下面に複数の第二電極パッド１１７が設けられた平面視四角形の第一基板４１２を有した素子搭載部材４１１と、この第一基板４１２の上面に実装された圧電振動素子１２０と、素子搭載部材４１１に接合することで圧電振動素子１２０を気密封止する蓋部材１３０とを備えた振動子部４１０と、平面視四角形の平板であり中央に貫通孔１５５を有する第二基板１５１と、この第二基板１５１の上面の第二電極パッド１１７と対応する位置に設けられた第四電極パッド１５２と、第二基板１５１の下面に設けられた外部接続電極パッド１５４と、を有し、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とが導電性接合材１７０により接合固着されることで、振動子部４１０の下面に搭載される基体１５０と、貫通孔１５５内であって、第一基板４１２の下面に実装されたサーミスタ素子４６０と、複数の第二電極パッド１１７のうち少なくとも二つの第二電極パッド１１７の表面に設けられた突起部１１８と、この突起部１１８を有する第二電極パッド１１７が接合される第四電極パッド１５２からその下方の第二基板１５１にかけて設けられた、所定の第二電極パッド１１７に設けられた突起部１１８が嵌合することができる孔部１５３と、を備え、孔部１５３に突起部１１８が嵌合された状態で第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２とが導電性接合材１７０により接合固着されている。

このような構成により、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２との接合の際に導電性接合材１７０が溶融しても、複数の第二電極パッド１１７に設けられた突起部１１８と第四電極パッド１５２からその下方の第二基板１５１にかけて設けられた孔部１５３とが嵌合しているため、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２との接合位置がずれてしまうことがなく、第二電極パッド１１７と第四電極パッド１５２との間で電気信号の導通の不安定化や不導通を起こすことを抑止し、安定的な圧電振動子４００の出力信号やその特性を得ることが可能となる。

また、突起部１１８の形状が円柱形であり孔部１５３の形状が円筒形状であることにより、角柱形等の他の形状の突起部及び孔部に比較して、突起部１１８と孔部１５３の嵌合が滑らかに行うことができ、嵌合の際に突起部１１８や孔部１５３にカケや割れなどが生じることを抑えることが可能となる。更に、他の形状に比べ、円筒形状の孔部は容易に形成することが可能である。

尚、本発明は上述の各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。例えば、前述した実施形態においては、圧電デバイス内に搭載する周波数決定素子として平面視矩形の圧電振動素子を例示したが、他に、平面視音叉型の圧電振動素子や、弾性表面波素子を用いても構わない。

１００、２００、３００・・・圧電発振器（圧電デバイス）
１１０、２１０、３１０、４１０・・・振動子部
１１１、４１１・・・素子搭載部材
１１２、４１２・・・第一基板
１１３・・・枠体
１１４・・・第一電極パッド
１１５・・・導電性接着剤
１１６・・・凹部
１１７・・・第二電極パッド
１１８、２１８、３１８ａ、３１８ｂ・・・突起部
１１９、４１９・・・第三電極パッド
１２０・・・圧電振動素子
１３０・・・蓋部材
１５０、２５０、３５０・・・基体
１５１・・・第二基板
１５２・・・第四電極パッド
１５３、２５３、３５３ａ、３５３ｂ・・・孔部
１５４・・・外部接続電極パッド
１５５・・・貫通孔
１６０・・・集積回路素子（電子部品素子）
１７０・・・導電性接合材
４００・・・圧電振動子（圧電デバイス）
４６０・・・サーミスタ素子（電子部品素子）

Claims (4)

1. 下面に複数の第二電極パッドが設けられた平面視四角形の第一基板を有した素子搭載部材と、前記第一基板の上面に実装された圧電振動素子と、前記素子搭載部材に接合することで前記圧電振動素子を気密封止する蓋部材とを備えた振動子部と、
   平面視四角形の平板であり中央に貫通孔を有する第二基板と、前記第二基板の上面の前記第二電極パッドと対応する位置に設けられた第四電極パッドと、を有し、前記振動子部の下面に搭載される基体と、
   前記貫通孔内であって、前記第一基板の下面に実装された電子部品素子と
   複数の前記第二電極パッドのうち少なくとも二つの前記第二電極パッドの表面に設けられた突起部と、
   前記突起部を有する前記第二電極パッドが接合される前記第四電極パッドからその下方の第二基板にかけて設けられた、所定の前記第二電極パッドに設けられた前記突起部が嵌合することができる孔部と、
   を備え、
   前記孔部に前記突起部が嵌合された状態で前記第二電極パッドと前記第四電極パッドとが導電性接合材により接合固着されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記突起部の形状が円柱形であり、前記孔部の形状が円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記突起部の形状が底面を前記第二電極パッド側にした円錐形又は円錐台形であり、前記孔部の形状は、前記突起部の円錐又は円錐台の側面と相似又は類似する壁面形状を有する逆円錐形又は逆円錐台形であることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
4. 複数の前記突起部のうち少なくとも一つの前記突起部の大きさが他の前記突起部よりも大きく形成されており、他の前記突起部よりも大きく形成された前記突起部に対応して設けられた前記孔部も、他の前記突起部よりも大きく形成された前記突起部が嵌合できるように他の前記孔部よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの一つに記載されている圧電デバイス。

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