JP2017228825A

JP2017228825A - 圧電デバイス及びベース

Info

Publication number: JP2017228825A
Application number: JP2016121526A
Authority: JP
Inventors: 水沢　周一; Shuichi Mizusawa; 周一水沢
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-28

Abstract

【課題】薄型化に好適な構造を有する圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイス３０は、ベース３１、圧電振動片３３及び蓋部材３５を具える。ベース３１は、圧電振動片３３を収容する凹部３１ａを有し、かつ、凹部３１ａの周囲が側壁となっている。圧電振動片３３は、凹部３１ａ内の接続バンプ３１ｂに導電性接着剤４１により固定されている。蓋部材３５は、凹部３１ａの側壁の天面で接続され、圧電振動片３３と、この凹部を封止している。圧電デバイス３０は、凹部３１ａの隅部に圧電振動片３３に接することなく凹部底面と側壁とに渡って設けられている補強部３７、３７ａ、３７ｂを具える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイス及びその製造に用いて好適なベースに関する。

各種電子機器では、周波数の選択や制御等のために、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが多用されている。

従来の典型的な水晶振動子が、例えば特許文献１に開示されている。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、この水晶振動子１０を説明する図であり、（Ａ）図はその概略的な平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図中のＰ−Ｐ線に沿った断面図、（Ｃ）図は（Ａ）図中のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。
この水晶振動子１０では、凹部１１ａを有したセラミック製のベース１１が用いられている。この凹部１１ａ内に水晶片１３が収納されている。具体的には、この凹部１１ａ内の接続バンプ１１ｂに、水晶片１３が、その一方の面の引出電極１５ａの位置で、導電性接着剤１７によって固定されている。なお、図５（Ａ）において１５ｂで示したものは、励振電極である。このベース１１の外側底面に実装端子１１ｃが設けてあり、この実装端子１１ｃはビア配線（図示せず）により接続バンプ１１ｂに接続されている。そして、このベース１１の凹部１１ａ周囲の側壁の天面に、平板状の蓋部材１９が接合されている。

特開２０１１−２２８３５２号公報(図３)

電子機器の薄型化に伴い、水晶振動子に対する薄型化の要求は益々高まっている。このようなとき、汎用される水晶振動子では、ＡＴカット水晶片が用いられているため、水晶片の厚みは要求される周波数で決まり、水晶片の厚さを薄くするにも制約がある。また、導電性接着剤の塗布空間、水晶片の振動空間を確保する必要もある。従って、ベース１１の凹部１１ａの深さ（図５（Ｂ）中のＤ）を浅くするにも限界があるので、水晶振動子の薄型化を図るためには、ベースの底板の厚さ（図５（Ｂ）中のＴ）を薄くする必要がある。しかし、水晶振動子の製造工程では、例えば、製造装置によるベースをクランプする作業の衝撃や封止時の応力等がベースに及ぶため、水晶振動子の薄型化を図る場合は、それらに対する対策が重要になる。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は薄型化に好適な構造を有する圧電デバイス及びその製造に用いて好適なベースを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この出願に係る発明者は、ベースの凹部の隅部に着目した。すなわち、ベースの凹部の隅部に特定構造を付加するとともにその構造を工夫することで圧電振動片がベースに接触することなく、かつ、圧電デバイスの薄型化に対する圧電デバイスの強度も確保できると考えた。
従って、この出願の圧電デバイスの発明によれば、圧電振動片を収容する凹部を有し該凹部周囲が側壁となっているベースと、該凹部内に固定材により固定されている圧電振動片と、前記凹部を封止している蓋部材と、を具える圧電デバイスにおいて、凹部の隅部に圧電振動片に接することなく凹部底面と側壁とに渡って設けられている補強部を具えたことを特徴とする。

また、この出願のベースの発明によれば、圧電振動片を収容するための凹部を有し該凹部周囲が側壁となっているベースにおいて、凹部の隅部に圧電振動片に接することなく凹部底面と側壁とに渡って設けられている、補強部を具えたことを特徴とする。

なお、上述の圧電デバイス及びベースの各発明を実施するに当たり、前記補強部は当該ベースとの一体物であるのが良い。また、前記補強部は、前記側壁から前記凹部の底面に向かって傾斜しているテーパー状のものとするのが良い。また、前記補強部は、その一部が、前記圧電振動片の当該ベースと固定されている側とは反対側先端部が下がることを防止する枕部を兼ねるのが良い。また、前記補強部は、その一部が、前記圧電振動片を当該ベースに固定する固定部を兼ねるのが良い。ただし、補強部の前記固定部を兼ねる部分は、圧電振動片の載置に好適な平坦部とするのが良い。

また、前記補強部は前記凹部の全周の隅部に設けても良いし、全周ではなく一部に設けても良い。ただし、現実には補強部は隅部の全周に設けるのが良く、又は、全周の少なくとも５割以上に設けるのが良い。例えば平面形状が長方形状の凹部を持つベースの場合であれば、長方形状の凹部の各辺毎の隅部全部に補強部を設けるか、又は、各辺毎に少なくとも辺の長さの５割以上に当たる部分に補強部を設けるのが良い。

この発明の圧電デバイス及びベースによれば、ベースの凹部の隅部に所定の補強部を具える。このため、ベース底面を単に薄くした場合では強度確保ができないような薄さにベース底面を薄くしても、水晶振動子に必要な強度を確保でき、かつ、圧電振動片がベースに接触することなく振動空間を確保できる。

（Ａ）〜（Ｃ）は第１の実施形態の圧電デバイス３０の説明図、（Ｄ）〜（Ｆ）は第１の実施形態のベース３１の説明図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施形態の説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施形態の説明図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、第４の実施形態の説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、従来技術及び課題の説明図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．圧電デバイス及びベースの第１の実施形態
図１（Ａ）は、第１の実施形態の圧電デバイス３０を説明する平面図、図１（Ｂ）は、この圧電デバイス３０の図１（Ａ）のＰ−Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）はＱ−Ｑ線に沿った断面図である。なお、図１（Ａ）では蓋部材の図示を省略してある。また、図１（Ｄ）〜（Ｆ）は第１の実施形態のベース３１を理解するため、圧電デバイス３０から圧電振動片等を除去してベース３１に着目した図である。図１（Ｄ）は、ベース３１の平面図、図１（Ｅ）は、図１（Ｄ）のＲ−Ｒ線に沿った断面図、図１（Ｆ）はＳ−Ｓ線に沿った断面図である。
この実施形態の圧電デバイス３０は、ベース３１と、圧電振動片３３としての水晶片３３と、蓋部材３５とを具える。圧電振動片３３は、例えばＡＴカット水晶振動片、ＳＣカット水晶振動片である。水晶片３３は平面形状が長方形状になっている。なお、水晶片３３は、音叉型の水晶振動片等の他の振動モードのものであっても良い。

ベース３１は、例えばセラミックスで構成できる。このベース３１は、圧電振動片３３の平面形状より広い開口を持つ凹部３１ａ及び、この凹部３１ａの内底面に設けた圧電振動片接続用の接続バンプ３１ｂを有する。さらにこのベース３１は、その外側の底面に設けた実装端子３１ｃと、この実装端子３１ｃ及び接続バンプ３１ｂを接続するビア配線（図示せず）と、を具える。ベース３１及び凹部３１ａの平面形状は長方形状となっている。また、凹部３１ａの周囲が側壁となっている。

さらに、このベース３１は、凹部３１ａの隅部に、圧電振動片３３に接することなく凹部３１ａの底面と側壁とに渡って設けられている補強部３７を具える。そして、この実施形態の補強部３７は、ベース３１と一体物となっている。然も、この補強部３７は、凹部３１ａの側壁から凹部３１ａの底面に向かって傾斜しているテーパー状のものなっている。然も、この補強部３７は、その一部が、圧電振動片３３のベース３１と固定されている側とは反対側の先端部が下がることを防止する枕部３７ａを兼ねている。然も、この補強部３７は、その一部が、圧電振動片３３をベースに固定する固定部３７ｂを兼ねている。ただし、この補強部３７の固定部を兼ねる部分３７ｂは、その天面が圧電振動片３３の載置に好適な平坦部となっている。また、この部分３７ｂのベース底面からの高さは、圧電振動片の固定に好適な高さになっている。補強部３７，３７ａ、３７ｂをベース３１と一体物にすることで、そうでない場合に比べ、ベース３１の強度を確保し易い。また、補強部３７をテーパー状としたことで、そうしない場合に比べ、圧電振動片がベースに接触するおそれを低減できる。また、補強部３７がテーパー状であると凹部３１ａの隅部に断面が三角形状の補強部が生じる。三角形状は補強効果が高いから、補強部が微細であっても比較的強度が高い補強部を実現できる。また、枕部を兼ねる部分３７ａをテーパー状とすることで、圧電振動子３３の先端が当たる箇所は傾斜面になるから、そうでない場合に比べ、圧電振動片の寸法が多少変わった場合でも枕部としての機能を確保できる。

上記の補強部３７，３７ａ、３７ｂの具体的な寸法やテーパー角度、ベース３１の底面からの厚さは、圧電デバイス３０の大きさ、圧電振動片３３の大きさ及び厚さ等を考慮して決める。近年、セラミックベースの製法として、焼結前のセラミック母材を金型を用いて成形する製法が開発され、従来に比べ任意の形状のベースが得られ易い。従って、本発明のような補強部３７を具えるベース３１の製造は可能である。

また、圧電振動片３３は、その表裏の主面に励振用電極３９ａと引出電極３９ｂとを具える。この圧電振動片３３は、ベース３１の凹部３１ａ内に、引出電極３９ｂの位置で接続バンプ３１ｂに、導電性接着剤４１によって接続・固定してある。
この圧電振動片３３を実装しているベース３１に蓋部材３５が、任意好適な封止方法により封止してある。

２．他の実施形態
補強部の構造は上述の実施形態に限られず、例えば次のような構造としても良い。
２−１．第２の実施形態
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施形態の説明図であり、特に第２の実施形態のベース５１に着目した図である。詳細には、図２（Ａ）は、ベース５１の平面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ））のＲ−Ｒ線に沿った断面図、図２（Ｃ）はＳ−Ｓ線に沿った断面図、図２（Ｄ）はＴ−Ｔ線に沿った断面図である。

この第２の実施形態のベース５１の第1の実施形態のベース３１との相違点は、ベース５１の圧電振動片３３を固定する２か所の固定部の間に、ベースの側壁から底面に向かって傾斜したテーパー状の補強部５３を設けたことである。この構造の場合、２つの接続バンプ３１ｂ間にテーパー状の凹部が存在することになるため、２つの接続バンプ３１ｂ間で導電性接着剤を縁切りし易くなり、従って、導電性接着剤が短絡する危険性を低減し易いという利点と、補強部としての利点との双方を得ることができる。

２−２．第３の実施形態
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施形態の説明図であり、特に第３の実施形態のベース６１に着目した図である。詳細には、図３（Ａ）は、ベース６１の平面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ））のＲ−Ｒ線に沿った断面図、図３（Ｃ）はＳ−Ｓ線に沿った断面図である。
この第３の実施形態のベース６１の第1の実施形態のベース３１との相違点は、枕部を兼ねた補強部６３を、テーパー状でない段状の枕部としたことである。段状であると、圧電振動片の座りが良いという利点がある。

２−３．第４の実施形態
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、第４の実施形態の説明図であり、特に第４の実施形態のベース７１に着目した図である。詳細には、図４（Ａ）は、ベース７１の平面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ））のＲ−Ｒ線に沿った断面図、図４（Ｃ）はＳ−Ｓ線に沿った断面図、図４（Ｄ）はＴ−Ｔ線に沿った断面図である。
この第４の実施形態のベース７１の第1の実施形態のベース３１との相違点は、補強部３７を凹部３１ａの隅部の全周に設けるのではなく、凹部３１ａの隅部の一部に設けたことである。具体的には、平面形状が四角形状の凹部３１ａの４つの辺に沿う隅部各々に補強部を設けているが、４つの辺のうちの圧電振動片を固定する固定部側の辺に沿う隅部には、第２実施形態の場合と同様に補強部３７ｂ及び補強部５３を設けてあり、残りの３つの辺に沿う隅部各々には、各辺の一部に当たる部分に補強部３７，３７ａを設けてある。一部に設ける場合の割合であるが、補強部の効果を有効に得るために、各辺毎に少なくとも辺の長さの５割以上とするのが良い。

上述においては、この発明の圧電デバイス及びベースの実施形態を説明したが、この発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、圧電デバイスとして水晶振動子を例に挙げて説明したが、この発明は、水晶発振器、さらには、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子や圧電発振器にも適用できる。また、上述の実施形態では固定材（導電性接着剤）で固定する箇所の数を２箇所としたが、３か所以上の場合にもこの発明を適用できる。また、上述においては、圧電振動片の平面形状が長方形状の例を示したが、平面形状が正方形状や円形状であっても、それに用いるベースの凹部の隅部に補強部を設けるという本発明は適用できる。

３０：第１の実施形態の圧電デバイス、３１：第１の実施形態のベース、
３１ａ：凹部、３１ｂ：接続バンプ、３１ｃ：実装端子、
３３：圧電振動片、３５:蓋部材、３７：補強部、
３７ａ：枕部（補強部の圧電振動片の枕部を兼ねる部分）
３７ｂ：固定部（補強部の圧電振動片固定部を兼ねる部分）、
３９ａ：励振電極、３９ｂ：引出電極、
４１：固定材（導電性接着剤）、５１：第２の実施形態のベース、
６１：第３の実施形態のベース、７１：第４の実施形態のベース

Claims

圧電振動片を収容する凹部を有し該凹部周囲が側壁となっているベースと、該凹部内に固定材により固定されている圧電振動片と、前記凹部を封止している蓋部材と、を具える圧電デバイスにおいて、
凹部の隅部に圧電振動片に接することなく凹部底面と側壁とに渡って設けられている補強部を具えたことを特徴とする圧電デバイス。
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、前記補強部は、当該ベースと一体のものであることを特徴とする圧電デバイス。
請求項１又は２に記載の圧電デバイスにおいて、前記側壁から前記凹部の底面に向請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、前記補強部は、前記側壁から前記凹部の底面に向かって傾斜しているテーパー状のものであることを特徴とする圧電デバイス。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電デバイスにおいて、前記補強部は、その一部が、前記圧電振動片の当該ベースと固定されている側とは反対側先端部が下がることを防止する枕部を兼ねるものであることを特徴とする圧電デバイス。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電デバイスにおいて、前記補強部は、その一部が、前記電電振動片を当該ベースに固定する固定部を兼ねるものであり、かつ、補強部の前記固定部を兼ねる部分は平坦部であることを特徴とする圧電デバイス。
圧電振動片を収容するための凹部を有し該凹部周囲が側壁となっているベースにおいて、凹部の隅部に圧電振動片に接することなく凹部底面と側壁とに渡って設けられている、補強部を具えたことを特徴とするベース。