JP2022089347A - 圧電デバイス及びパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動片１３とシリコーン系電性接着剤１５との接合強度を従来に比べ簡易に高めることができる圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電でバイス１０は、第１及び第２セラミック層１１ａ、１１ｂから成る底板１１ｃを有するセラミック製パッケージ１１と、第１セラミック層上にシリコーン系の導電性接着剤１５によって片持ち支持で接続固定されている圧電振動片１３と、底板の裏面に設けた外部接続用端子１１ｄと、導電性接着剤及び外部接続用端子を接続している配線１１ｅと、を備える。配線は、第１セラミック層上と外部接続用端子との間に設けてあり、第１セラミック層に、配線に至るスルーホール１１ｈを設けてあり、導電性接着剤は、スルーホール内及び第１セラミック層のスルーホール近傍に設けてある。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片をパッケージにシリコーン系導電性接着剤によって接続する構造を有した圧電デバイスであって、圧電振動片と導電性接着剤との接合強度を向上できる圧電デバイス、およびその製造に用いて好適なパッケージに関する。

圧電デバイスの代表的なものとして、水晶振動子がある。その一例が例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載された水晶振動子は、セラミックパッケージ内に設けられたマウント電極に、水晶片が、導電性接着剤によって接続固定されたものである。詳細には、マウント電極には、金又は金合金が露出された凹部を設けてある。この凹部内に硬質性の導電性接着剤を設けてあり、さらにこの硬質性の導電性接着剤上に、軟質性の導電性接着剤を設けてある。そして、この軟質性の導電性接着剤に水晶片を押し付けて、水晶片をマウント電極に電気的に接続してある。

この特許文献１に開示された水晶振動子は、硬質性の導電性接着剤が金又は金合金に対する導通性が良いこと、軟質性の導電性接着剤が有する柔軟性が水晶片の耐衝撃性向上に良いことを利用して、耐衝撃性と導通性双方を改善しようとするものであった。

特開２００６－１４０６１５号公報

しかし、上記した従来の圧電デバイスの場合、導電性接着剤の多層構造が必要なため製造工程が複雑になること、また、２種類の導電性接着剤が必要なため製造コストが高くなること等の問題点がある。
また、この出願に係る発明者は、シリコーン系導電性接着剤の場合、水晶片を接着した際の接着剤の厚みが薄いと、当該接着剤が破断し易く、水晶振動子に落下等による衝撃が加わると水晶片が剥がれ易いことを見出している。

この出願は上記の点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、圧電振動片とシリコーン系電性接着剤との接合強度を従来に比べ簡易に高めることができる圧電デバイス、およびその製造に用いて好適なパッケージを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明の圧電デバイスによれば、２層以上のセラミック層から成る底板を有するセラミック製パッケージと、前記２層以上のセラミック層の最上層上にシリコーン系の導電性接着剤によって片持ち支持で接続固定されている圧電振動片と、前記底板の裏面に設けた外部接続用端子と、前記導電性接着剤及び外部接続用端子を接続している配線と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記配線は、前記２層以上のセラミック層の最上層より下層の所定のセラミック層上と前記外部接続用端子との間に設けてあり、
前記所定のセラミック層より上層のセラミック層に、前記最上層のセラミック層から前記配線に至るスルーホールを設けてあり、
前記導電性接着剤は、前記スルーホール内及び前記最上層のセラミック層の前記スルーホール近傍に設けてあることを特徴とする。

この発明の構成によれば、シリコーン系の導電性接着剤を最上層のセラミック層上に塗布する場合（図３の比較例の場合）に比べて、当該接着剤の厚さは上記スルーホールの深さ分だけ厚くなる。シリコーン系の導電性接着剤の場合、厚さが厚い方が当該接着剤の伸長具合が多くなるので、圧電デバイスを例えば落下した際の圧電振動片に及ぶ衝撃を、上記伸長具合が多くなる分、吸収できる。しかも、底板に所定のスルーホールを設けるのみ、かつ、配線も外部接続端子と所定のセラック層の表面との間に設けるのみで良い。これらのことから、圧電振動片とシリコーン系電性接着剤との接合強度を従来に比べ簡易に高めることができる。

この発明を実施するに当たり、前記最上層の前記スルーホール周囲に当たる領域に、前記スルーホールは露出する接着パッドを設けておくことが好ましい。
このように接着パッドを設けると、圧電振動片の接着パッドと接触する以外の部分は底板の表面から離れるので圧電振動片の振動部が底板に接触することを防止できる。しかも、接着パッドの厚さ分だけ導電性接着剤の厚さがさらに増えるため、導電性接着剤の上記の伸長具合がさらに増えるので、圧電振動片とシリコーン系電性接着剤との接合強度を従来に比べ簡易に高めることができる圧電デバイスを提供できる。

この出願の他の発明によれば、２層以上のセラミック層から成る底板と、前記底板の裏面に設けた外部接続用端子と、前記底板の表面の圧電振動片の搭載予定領域および前記外部接続用端子を接続している配線と、を備えるセラミックパッケージにおいて、
前記配線は、前記２層以上のセラミック層の最上層より下層の所定のセラミック層上と前記外部接続用端子との間に設けてあり、
前記所定のセラミック層より上層のセラミック層に、前記最上層のセラミック層から前記配線に至るスルーホールを設けてあることを特徴とする。

このセラミックパッケージの発明によれば、圧電振動片を当該セラミックパッケージに搭載する際に用いるシリコーン系導電性接着剤は、前記スルーホール内及び前記最上層のセラミック層の前記スルーホールの周囲近傍に設けることができる。すると、シリコーン系の導電性接着剤を、最上層のセラミック層上に塗布する場合（図３の比較例の場合）に比べて、当該接着剤の厚さは、前記スルーホールの深さ分だけ厚くなる。シリコーン系の接着剤の場合、厚さが厚い方が当該接着剤の伸長具合が多くなるので、圧電デバイスを落下した際等に圧電振動片に及ぶ衝撃は上記伸長具合が多くなる。しかも、底板に所定のスルーホールを設けるのみ、かつ、配線も外部接続端子と所定のセラック層の表面との間に設けるのみで良い。これらのことから、圧電振動片とシリコーン系電性接着剤との接合強度を従来に比べ簡易に高めることができるセラミックパッケージを提供できる。

このセラミックパッケージの発明を実施するに当たり、前記最上層の前記スルーホール周囲に当たる領域に、前記スルーホールは露出する接着パッドを設けておくことが好ましい。
このように接着パッドを設けると、当該セラミックパッケージに圧電振動片を実装した際、圧電振動片の接着パッドと接触する以外の部分は底板の表面から離れるので圧電振動片の振動部が底板に接触することを防止できる。しかも、接着パッドの厚さの分だけ導電性接着剤の厚さがさらに増えるため、導電性接着剤の上記の伸長具合がさらに増えて、耐衝撃性のさらなる改善も図れる。

この出願の圧電デバイスおよびセラミック製パッケージによれば、従来に比べ、シリコーン系の導電性接着剤の厚みを厚くすることができるため、シリコーン系の導電性接着剤の柔軟性に起因する伸長性を従来に比べ利用できる。そのため、圧電デバイスに衝撃が及んだ際に圧電振動片に上記の伸張性が及んで圧電振動片への衝撃を緩和できる。従って、圧電振動片とシリコーン系電性接着剤との接合強度を従来に比べ簡易に高めることができる圧電デバイスおよびセラミックパッケージを提供できる。

図１は、第１の実施形態の圧電デバイス１０を説明する図であり、特に（Ａ）図はその斜視図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＰ－Ｐ線に沿った断面図、（Ｃ）図は（Ｂ）図のＱ部分を上方から見た平面図である。 図２は、第１の実施形態の圧電デバイス１０の効果を説明する図であり、特に（Ａ）、（Ｂ）図は製造工程を説明する図、（Ｃ）図は衝撃耐性が向上する理由を説明する図である。 図３は、比較例の圧電デバイス５０を説明する図であり、特に（Ａ）、（Ｂ）図は製造工程を説明する図、（Ｃ）図は衝撃耐性が劣る理由を説明する図である。 図４は、第２の実施形態の圧電デバイス３０を説明する要部断面図である。 図５は、第３の実施形態の圧電デバイス４０を説明する要部断面図である。

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、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 第１の実施形態
第１の実施形態の圧電デバイス１０は、図１に示すように、セラミック製パッケージ１１（以下、パッケージ１１ともいう）と、圧電振動片としての水晶片１３と、シリコーン系の導電性接着剤１５（以下、導電性接着剤１５ともいう）と、配線１１ｅと、蓋部材１７と、を備えている。以下、各構成成分について具体的に説明する。

パッケージ１１は、平面視で四角形状となっていて、２層以上のセラミック層から成る底板１３ｃを有している。この実施形態では、底板１３ｃは、第１セラミック層１１ａ及び第２セラミック層１１ｂの２層で構成してある。もちろん層数は３層以上でも良い。底板１１ｃの裏面に、外部接続端子１１ｄを設けてある。
さらにパッケージ１１は、この例の場合、底板１１ｃの縁に沿ってセラミックから成る土手部１１ｆを有している。土手部１１ｆで囲われる部分は、凹部１１ｇとなっていて、この凹部１１ｇ内に水晶片１３を収納してある。

また、パッケージ１１の配線１１ｅは、２層のセラミック層１１ａ、１１ｂの最上層より下層の所定のセラミック層、すなわちこの例では第２セラミック層１１ｂ上と、外部接続端子１１ｄを接続するように設けてある。具体的には、配線１１ｅは、この例の場合、第２セラミック層１１ｂ上と、第２セラミック層１１ｂの側面（側壁）とを経由して外部接続端子１１ｄに至るよう設けてある。
また、第２セラミック層１１ｂより上層のセラミック層、この例では第１セラミック層１１ａに、この第１セラミック層１１ａの表面から配線１１ｅに至るスルーホール１１ｈを設けてある。
さらに、パッケージ１１は、第１セラミック層のスルーホール１１ｈの周囲に当たる領域に、スルーホール１１ｈは露出する接着パッド１１ｉを設けてある。ここで、スルーホール１１ｈを露出する接着パッド１１ｉとは、典型的には、図１（ｃ）に示すように、スルーホール１１ｈと同じ形状のスルーホールを有した接着パッドである。ただし、接着パッドは、スルーホールを有したものではなく、複数の部分、例えば２つの部分に分かれた構造のものであって、この２つの部分の間でスルーホール１１ｈを露出するもの等、他の構造のものでも良い。

従って、この実施形態のパッケージ１１は、２層のセラミック層１１ａ，１１ｂから成る底板１１ｃと、底板１１ｃの縁に沿って設けた土手部１１ｆと、水晶片を収容する凹部１１ｇと、底板１１ｃの裏面に設けた外部接続用端子１１ｄと、第２セラミック層１１ｂの表面から側面を経由して外部接続用端子１１ｄに至る配線１１ｅと、第１セラミック層上に設けられスルーホール１１ｈを露出する接着パッド１１ｉと、を備えるものとなっている。

水晶片１３は、典型的には、ＡＴカット水晶片である。ただし、ＳＣカット等に代表される２回回転の水晶片、音叉型水晶片等、他の振動モードの水晶片であっても良い。また、この発明では、圧電振動片と称するように、水晶以外の圧電振動片、例えばセラミック振動子でも良い。
水晶片１３はこの場合平面視で四角形状のもので、表裏に励振用電極を有するものである。水晶片１３は、１つの辺の両端を、導電性接着剤１５によって、パッケージ１１の第１セラミック層１１ａに、具体的にはこの例の場合は接着パッド１１ｉに、片持ち支持の構造で接続固定してある。

シリコーン系導電性接着剤１５は、スルーホール１１ｈ内、接着パッド１１ｉのスルーホール１１ｈを露出している部分、及び、接着パッド１１ｉを含む所定領域に設けてある。従って、水晶片１３の図示しない引出電極と、配線１１ｅとは、シリコーン系導電性接着剤１５によって接続される。

蓋部材１７は、パッケージ１１の土手部１１ｆに接合されていて、水晶片１３を、パッケージ１１の凹部１１ｇ内に封止するものである。蓋部材１７は、封止方式に応じた任意好適なもので構成する。
この実施形態の圧電デバイス１０の場合、導電性接着剤１５の厚さは、スルーホール１１ｈの深さと接着パッド１１ｉの厚さと接着パット１１ｉ上の部分に残る導電性接着剤の厚さとの、合計の厚さになる。そのため、以下に説明するような作用・効果を得ることができる。

２． 本発明の作用効果
この発明の理解を深めるために、この実施形態の圧電デバイス１０の作用効果について比較例と併せて説明する。図２（Ａ）～（Ｃ）は、実施形態の圧電デバイス１０の作用効果を説明する図であり、図３（Ａ）～（Ｃ）は、比較例の圧電デバイス５０を説明する図である。

実施形態の圧電デバイス１０の場合、図２（Ａ）に示したように、シリコーン系導電性接着剤１５は、第１セラミック層１１ａのスルーホール１１ｈ内、接着パッド１１ｉのスルーホール内及び第１セラミック層１１ａの上に設けるので、導電性接着剤１５の厚さは、スルーホール１１ｈの深さと、接着パッド１１ｉの厚さと、その上の導電性接着剤の厚さとの合計となる。そのため、水晶片１３を実装する際に、図２（Ａ）に示したように、水晶片１３を接着パッド１１ｉに押し付けて水晶片１３を接着パッド１１ｉに片持ち支持で固定しても、導電性接着剤１５の厚さは、スルーホール１１ｈの深さと、接着パッド１１ｉの厚さと、を合わせた分だけ、後述の比較例(図３（Ｂ）)に比べて厚くなる（図２（Ｂ））。
このような状態の実施形態のデバイス１０では、シリコーン系導電性接着剤１５の伸長具合が大きい。そのため、実施形態の圧電デバイス１０に落下等の衝撃が及ぶと、水晶片１３は導電性接着剤１５の伸長効果によって、図２（Ｃ）に示すように多少撓むが外れる危険性は著しく低減する。

一方、比較例の圧電デバイス５０の場合、配線１１ｘは、第１セラミック層１１ａのスルーホール１１ｈ内及び第１セラミック層１１ａの上にも設けてあり、かつ、配線１１ｘの末端は接着パッドのような形状になっている。そのため、水晶片１３を実装する場合、図３（Ａ）に示したように、配線１１ｘの接着パッド状の部分の表面上に導電性接着剤１５ｘが塗布され、この導電性接着剤１５ｘに水晶片１３を押し付けることが行われ、水晶片１３は、片持ち支持の状態で配線１１ｘに接続される
このため、比較例の圧電デバイス５０の場合、図３（Ｂ）に示したように、導電性接着剤１５ｘの厚さは本発明に比べて薄くなる。このような状態の比較例のデバイス５０では、シリコーン系導電性接着剤１５ｘの伸長具合が小さい。そのため、比較例の圧電デバイス５０に落下等の衝撃が及ぶと、図３（Ｃ）に示したように、水晶片１３は導電性接着剤１５ｘから外れ易い。

第２の実施形態
図４は、第２の実施形態の圧電デバイス３０の要部を説明する断面図である。第２の実施形態の第１の実施形態との相違点は、配線３１にある。第１の実施形態では、配線１１ｅは第２セラミック層１１ｂの側面を経由していたのに対し、この配線３１は、第２セラミック層１１ｂに設けたビアホールを介して外部接続用端子１１ｄに接続してある。

第３の実施形態
図５は、第３の実施形態の圧電デバイス４０の要部を説明する断面図である。第３の実施形態の第１の実施形態との相違点は、セラミック製パッケージ４１にある。第１の実施形態では、セラミック製パッケージ１１は、土手部１１ｆと凹部１１ｇとを備えていたのに対し、第３の実施形態の場合、セラミック製パッケージ４１は土手部１１ｆを有しておらず平板状のものである。ただし、蓋部材４３が水晶片１３を収容する凹部をもつキャップ状のものとなっている。

１０：実施形態の圧電デバイス １１：セラミック製パッケージ
１１ａ：第１セラミック層 １１ｂ：第２セラミック層
１１ｃ：２層以上のセラミック層から成る底板
１１ｄ：外部接続用端子 １１ｅ：配線
１１ｈ：スルーホール １１ｉ：接着パッド
１３：水晶片 １５：シリコーン系導電性接着剤
３０：第２の実施形態の圧電デバイス
４０：第３の実施形態の圧電デバイス
５０：比較例の圧電デバイス

Claims (4)

1. ２層以上のセラミック層から成る底板を有するセラミック製パッケージと、前記２層以上のセラミック層の最上層上にシリコーン系の導電性接着剤によって片持ち支持で接続固定されている圧電振動片と、前記底板の裏面に設けた外部接続用端子と、前記導電性接着剤及び外部接続用端子を接続している配線と、を備える圧電デバイスにおいて、
   前記配線は、前記２層以上のセラミック層の最上層より下層の所定のセラミック層上と前記外部接続用端子との間に設けてあり、
   前記所定のセラミック層より上層のセラミック層に、前記最上層のセラミック層から前記配線に至るスルーホールを設けてあり、
   前記導電性接着剤は、前記スルーホール内及び前記最上層のセラミック層の前記スルーホール近傍に設けてあることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記最上層の前記スルーホール周囲に当たる領域に、前記スルーホールは露出する接着パッドを備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. ２層以上のセラミック層から成る底板と、前記底板の裏面に設けた外部接続用端子と、前記底板の表面の圧電振動片の搭載予定領域および前記外部接続用端子を接続している配線と、を備えるセラミックパッケージにおいて、
   前記配線は、前記２層以上のセラミック層の最上層より下層の所定のセラミック層上と前記外部接続用端子との間に設けてあり、
   前記所定のセラミック層より上層のセラミック層に、前記最上層のセラミック層から前記配線に至るスルーホールを設けてあることを特徴とするセラミック製パッケージ。
4. 前記最上層の前記スルーホール周囲に当たる領域に、前記スルーホールは露出する接着パッドを備えたことを特徴とする請求項３に記載のセラミック製パッケージ。

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