JP3985489B2 - 圧電振動子の構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動子の構造に関し、特にセラミックパッケージ内に水晶振動素子等の圧電振動素子を気密封止した構造の圧電振動子において、圧電振動素子のセラミックパッケージへの支持方法を改良した圧電振動子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動素子等の圧電振動素子をセラミックパッケージ内に搭載し、蓋により気密封止した構造の圧電振動子は、各種通信機器の規準周波数発生源等として広く使用されている。
図４に、従来の圧電振動子の一例として水晶振動子の外観図を示す。（ａ）は、水晶振動素子を示し、所定の大きさに加工された水晶基板１の対向する表裏両面に励振電極２と、夫々の励振電極２からは水晶基板縁端に導出されたリード電極３とを形成した構造を有する。（ｂ）は、セラミックパッケージの構造を示し、セラミックパッケージの凹所内底面４に設けた段差部５には、水晶振動素子を接続固定するパッド６を備え、このパッド６は、セラミックパッケージ外底面に設けた出力電極７と接続している。（ｃ）は、水晶振動子の長手方向の断面図を示し、セラミックパッケージ８の凹所内底面の片隅に配置された段差の上面に備えたパッド６に、導電性接着剤９を介して水晶振動素子１０を片持ち状態で接続固定した上で、セラミックパッケージの開口部を金属蓋１１によって気密封止した構造を有する。
【０００３】
一般的にセラミックパッケージの熱膨張率と水晶振動素子の熱膨張率には差があり、水晶振動子を基板にリフローを用いて半田接続する際等に生ずる熱により熱歪が生ずることがある。この熱歪により水晶振動素子に加わる応力は、周波数偏差を引き起こし問題となる。
【０００４】
図５は、従来の圧電振動子の一例である水晶振動子について、熱歪により応力が生ずる様子を示す。同図は、図４（ｃ）に示したＡ−Ａ’における水晶振動子の断面図で、セラミックパッケージ８に設けたパッド６に導電性接着剤９を介して水晶振動素子１０のリード電極３を接続固定したものであり、水晶振動素子１０の熱膨張率Ａとセラミックパッケージ８の熱膨張率Ｂが異なるため導電性接着剤９を介して応力が発生する。そこで、熱歪による応力を緩和させるため、導電性接着剤としては、柔軟な材質のものが一般的に使用されている。又、この柔軟な材質の導電性接着剤は、水晶振動子を落下させた際などに生ずる衝撃を吸収するといった作用も兼ね備えている。但し、導電性接着剤は、柔軟な接着剤に導電性を持たせるための金属フィラーを混入したものであり、ポアソン比にして０．３５〜０．４０程度の柔らかさが限界であった。
【０００５】
次に、従来の圧電振動子の一例である水晶振動子について、前述した熱歪による応力を防止した例を説明する。
図６は、従来の圧電振動子の一例である水晶振動子について、熱歪による応力防止例を施した場合の外観図である。同図（ａ）は、図４（ｃ）に示したＡ−Ａ’における水晶振動子の断面図を示し、水晶振動素子１０とセラミックパッケージ８とを水晶板１２を介して導電性接着剤で接続固定している。本一例は、水晶振動素子１０とセラミックパッケージ８との間に水晶板１２を挟むように接着したことにより、セラミックパッケージ８と水晶板１２との間には熱歪が生じて水晶板１２に応力が作用するものの、この応力は、水晶振動素子１０側までは殆ど伝搬しない。又、水晶振動素子１０と水晶板１２は、同じ素材なので両者間には熱歪を生じない。
（ｂ）は、本一例に使用している水晶板１２の外観例である。水晶板は、所定の大きさに加工後、所定の位置の両面に電極１３を形成し、両電極間を導通させたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電振動子における熱歪による応力防止方法は、新たに所定の大きさの水晶板を切り出して導通用の電極を形成した後、水晶振動素子をセラミックパッケージに導電性接着剤を用いて接続固定する際に両者間に挟み込むといった工程が必要であり、煩雑であると共にコストアップを招来していた。又、近年、圧電振動子の可搬機器への実装時などにおいて、過酷な環境下においても安定動作し、耐衝撃、耐振動に優れた圧電振動子の実現が望まれている。そこで、本発明は、上述したような従来の圧電振動子の問題を解決するためになされたものであって、圧電振動子の落下特性、温度サイクル特性、及びリフロー特性の優れた圧電振動子の構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる圧電振動子の構造は、以下の構成をとる。
請求項１記載の圧電振動子の構造は、パッケージの凹所内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子であって、前記パッケージの凹所内に設けた段差部の上面には前記パッケージの底面に配置した出力電極と導通した２つのパッドを備えており、該パッドに夫々、ポアソン比０．４５以上の柔軟な素材からなる導電性シートを導電性接着剤を用いて搭載接着すると共に、前記各導電性シートの上部に導電性接着剤を塗布して圧電振動素子を片持ち状態で接着固定した後、パッケージの開口部を蓋にて気密封止するよう構成する。
【０００８】
請求項２記載の圧電振動子の構造は、パッケージの凹所内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子であって、前記パッケージの凹所内に設けた段差部の上面には前記パッケージの底面に配置した出力電極と導通した２つのパッドを備えており、該パッドに夫々導電性シートを導電性接着剤を用いて搭載接着すると共に、導電性接着剤の塗布位置を所定の位置だけ凹所中央側にずらせて前記各導電性シートの上部に導電性接着剤を塗布して圧電振動素子を片持ち状態で接着固定した後、パッケージの開口部を蓋によって気密封止するよう構成する。
【０００９】
請求項３記載の圧電振動子の構造は、請求項２に記載の導電性シートとして、ポアソン比０．４５以上の柔軟な素材を用いるよう構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係わる圧電振動子の一例である水晶振動子について、第一の実施例を示す断面図であり、同図は、セラミックパッケージに設けた段差部における水晶振動子の断面図を示す。本実施例の特徴は、水晶振動素子１０とセラミックパッケージ８との間に導電性シート１４を挟むように接着したことにあり、セラミックパッケージ８と水晶振動素子１０との間に熱歪が生じて応力発生しても、柔軟性の高い導電性シート１４を用いることで水晶振動素子１０に加わる応力を緩和させるものである。
【００１１】
即ち、図１に示した水晶振動子は、セラミックパッケージ８の凹所内底面の片隅に配置された段差の上面に備えたパッド６に、導電性接着剤１５を塗布した後導電性シート１４搭載し、更に、この導電性シート１４に導電性接着剤１６を塗布して水晶振動素子１０を片持ち状態で接着固定して、その後、セラミックパッケージ８の開口部を金属蓋１１によって気密封止した構造を有する。
【００１２】
本実施例に使用する導電性シートとしては、シリコン、ゴム、ラバー等の導電性、且つ柔軟な素材を加工することにより用いることが出来る。導電性シートとしてシリコンゴムを主材料としたもの（例えば、信越ポリマー製 ＫＥ１２等）を使用すれば、そのポアソン比は０．４５程度であり、導電性接着剤のポアソン比０．３５〜０．４に比べてより柔軟である。従って、セラミックパッケージと水晶振動素子の固定の際にシリコンゴムを主材料とした導電性シートを挟み込むことによって、熱歪による応力の発生を緩和すると共に、耐衝撃性も向上する。
【００１３】
又、この作用は、周波数の高い水晶振動子においてより効果的であり、落下衝撃、温度サイクル、及びリフロー時に関して、水晶振動子の周波数変動を減少させることが可能となる。前記の導電性シートは、入手が容易であると共に切断等の加工も容易であり、導電性であるため電極の形成も不要であるので、低コストで周波数変動の少ない水晶振動子を実現できる。
【００１４】
図２は、本発明に係わる導電性シートの外観例である。同図に示すように導電性シートは、セラミックパッケージに設けた水晶振動素子を接続固定するパッドの外形に合わせて矩形であってもよいし、或いは前記接続固定用のパッドを含有する円形であってもよい。
【００１５】
図３は、本発明に係わる圧電振動子の一例である水晶振動子について、第二の実施例を示す断面図である。同図は、水晶振動子の長手方向の断面図を示し、本実施例の特徴は、水晶振動素子１０とセラミックパッケージ８との間に導電性シート１４を挟むように接着する際に、水晶振動素子１０側とセラミックパッケージ８側との導電性接着剤塗布の位置を前後にずらせたものである。
【００１６】
即ち、図３に示した水晶振動子は、セラミックパッケージ８の凹所内底面の片隅に配置された段差の上面に備えたパッド６に、導電性接着剤１７を塗布した後導電性シート１４搭載し、更に所定の位置だけ凹所中央側にずらせて前記導電性シート１４に導電性接着剤１８を塗布して水晶振動素子１０を片持ち状態で接着固定し、その後、セラミックパッケージ８の開口部を金属蓋１１によって気密封止した構造を有する。
従って、本実施例によれば、導電性接着剤の塗布の位置を、所定の位置までずらせて水晶振動素子１０を固定することによって、衝撃緩和の効果を更に高めることが可能と成る。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は上述したように、請求項１に記載した発明は、セラミックパッケージと圧電振動素子との固定の際に、柔軟な導電性シートを挟み込むことによって、熱歪による応力の発生を緩和すると共に、耐衝撃性も向上し、落下特性、温度サイクル特性、及びリフロー特性の優れた圧電振動子の構造を提供することが可能となり、圧電振動子を使用する上で大きな効果を発揮することが出来る。
請求項２に記載した発明は、導電性接着剤の塗布位置をずらすことにより、更に、熱歪による応力の発生を緩和すると共に、耐衝撃性も向上し、圧電振動子を使用する上で、更に、大きな効果を発揮することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる圧電振動子の一例である水晶振動子について、第一の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係わる導電性シートの外観例である。
【図３】本発明に係わる圧電振動子の一例である水晶振動子について、第二の実施例を示す断面図である。
【図４】従来の圧電振動子の一例として水晶振動子の外観図を示す。
【図５】従来の圧電振動子の一例である水晶振動子について、熱歪により応力が生ずる様子を示す。
【図６】従来の圧電振動子の一例である水晶振動子について、熱歪による応力防止例を施した場合の外観図である。
【符号の説明】
１・・水晶基板、 ２・・励振電極、
３・・リード電極、 ４・・凹部内底面、
５・・段差部、 ６・・パッド、
７・・出力電極、 ８・・セラミックパッケージ、
９・・導電性接着剤、 １０・・水晶振動素子、
１１・・蓋、 １２・・水晶板、
１３・・電極、 １４・・導電性シート
１５・・導電性接着剤、 １６・・導電性接着剤、
１７・・導電性接着剤、 １８・・導電性接着剤

Claims (3)

1. パッケージの凹所内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子であって、
   前記パッケージの凹所内に設けた段差部の上面には前記パッケージの底面に配置した出力電極と導通した２つのパッドを備えており、
   該パッドに夫々、ポアソン比０．４５以上の柔軟な素材からなる導電性シートを導電性接着剤を用いて搭載接着すると共に、
   前記各導電性シートの上部に導電性接着剤を塗布して圧電振動素子を片持ち状態で接着固定した後、パッケージの開口部を蓋にて気密封止したことを特徴とする圧電振動子の構造。
2. パッケージの凹所内に圧電振動素子を気密封止した圧電振動子であって、
   前記パッケージの凹所内に設けた段差部の上面には前記パッケージの底面に配置した出力電極と導通した２つのパッドを備えており、
   該パッドに夫々導電性シートを導電性接着剤を用いて搭載接着すると共に、
   導電性接着剤の塗布位置を所定の位置だけ凹所中央側にずらせて前記各導電性シートの上部に導電性接着剤を塗布して圧電振動素子を片持ち状態で接着固定した後、パッケージの開口部を蓋によって気密封止したことを特徴とする圧電振動子の構造。
3. 前記導電性シートが、ポアソン比０．４５以上の柔軟な素材であることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子の構造。

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