JP4042150B2 - 圧電振動デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック多層基板を用いた圧電振動デバイスに関するものであり、特にはんだなどの導電接合材によって圧電振動板を保持する導電パッドの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気密封止を必要とする圧電振動デバイスの例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等があげられる。これらはいずれも水晶振動板（圧電振動板）の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。
【０００３】
これら水晶応用製品は部品の表面実装化の要求から、例えば、特許文献１に示すような、セラミック多層基板に気密的に収納する構成が増加しており、適切な気密封止方法を選択することにより、良好な気密性を確保することができる。このようなセラミック多層基板は全体として、中央部分に凹形の収納部の形成された直方体形状であり、収納部周囲の堤部の上面には金属シール部が形成されている。収納部内の底部には段部と、当該段部上面に形成された導電パッドが形成されており、ビアにより外部端子へと導かれている。当該導電パッド上に水晶振動板が搭載され、導電接合材により電気的機械的に接続されているとともに、フタを被せて気密封止する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９９９７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近においては電子機器のさらなる小型化、軽量化により、圧電振動デバイスも超小型化が求められており、これに伴いパッケージ内部に収納される圧電振動板のサイズも小型化されている。しかしながらパッケージが小さくなると保持領域も小さくなり、耐衝撃性の低下、短絡の危険性が考えられる。特に、導電接合材として、はんだ（鉛錫はんだ等）を用いるものでは、そのぬれ性に伴って、パッケージの導電パッド全体にはんだが広がり、パッケージと圧電振動板との十分な接合強度が確保できず、耐衝撃性が著しく低下する。
【０００６】
これは前記導電パッドが比較的大きくかつ導電パッドの上面が平坦であり、はんだが他の導電性樹脂接着剤に比べて電極上面で広がりやすい点にも依存している。これに対する従来の手法として、はんだの塗布量を増やして接合強度を向上させることが考えられるが、近年の小型化パッケージではその保持領域も小さく、短絡の危険性が極めて高くなるといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、圧電振動板の保持において、導電接合材の塗布量を増やすことなく必要な保持強度を得ることができ、小形化されても短絡などの危険性がない信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は特許請求項１に示すように、有底の収納部に導電パッドが形成された段部と、前記収納部と段部を囲む堤部とを有するセラミック多層基板に、圧電振動板が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなる圧電振動デバイスであって、前記導電パッドは、外部端子と接続される基部と圧電振動板の端部近傍が接続される保持部を有しており、前記基部の上面で、堤部に近接した一部の領域には、前記導電性接合材のぬれ性を低減させる膜が被覆されてなり、前記堤部を構成する各セラミック層の間には、セラミック多層基板の平坦度を修正するアルミナコートが全周にまたがって形成されており、当該アルミナコートの一部がぬれ性を低減させる膜として構成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、特許請求項２に示すように、前記導電パッドの基部が、セラミック多層基板の堤部内部にその一部が入り込んだ状態で形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、特許請求項３に示すように、前記導電性接合材がはんだであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
【００１２】
本発明の特許請求項１によれば、導電性接合材が導電パッドの基部の堤部に近接した領域へ広がらず、電極パッドの保持部に導電性接合材を留めることができる。このため、保持部に留まった導電性接合材が圧電振動板の側壁に導電性接合材が回り込むので、接合強度が向上する。加えて、セラミック多層基板の堤部の各層間に隙間を発生させないので、気密封止後にリーク不良が発生しないより気密の信頼性の高い圧電振動デバイスを提供できる。
【００１３】
本発明の特許請求項２によれば、上述の作用効果に加えて、セラミック多層基板の成型時に堤部の位置ずれても、電極パッドのあるなしによってセラミック多層基板の各層間に隙間にばらつきを生じさせないので、気密封止後のリーク不良がより一層発生しにくい構成となる。また、前記導電パッドの基部が、セラミック多層基板の堤部内部にその一部が入り込んでいるので、ビアの形成領域を堤部の近傍させ、ビア周辺の機械的強度をさらに向上させることができる。
【００１４】
本発明の特許請求項３によれば、上述の作用効果に加えて、導電性接合材としてはんだを用い、はんだのぬれ性を低減させる膜として、アルミナコートにより構成することで、本発明の構成を容易に実現できる。これらの膜は、導電パッドの上部に形成されており、はんだが接合されない材質であるので、導電パッド部分にはんだを留める堤防となり、はんだの溜め込みをよくする。このため、圧電振動板の側壁に導電性接合材が回り込むのがより一層促進され、接合強度がさらに向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１〜図４とともに説明する。図１は本実施の第１の形態を示す斜視図であり、収納部に水晶振動板（圧電振動板）を搭載する状態を示している。図２は図１において水晶振動板を搭載した状態における平面図である。図３は図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図４は図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００１６】
表面実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が開口した凹形の収納部１ａを有するセラミック多層基板１と、当該セラミック多層基板の中に収納される圧電振動デバイス素子である水晶振動板２と、図示していないが、パッケージの開口部に接合される金属フタとからなる。
【００１７】
セラミック多層基板１に収納される水晶振動板２は、音叉形状をなしており、脚部に形成される励振電極（図示せず）と、基部に形成される各励振電極からの導出電極２１、２２が形成されている。各導出電極２１、２２は、後述の導電パッド１２、１３と電気的機械的に接合される。
【００１８】
断面でみてセラミック多層基板１は凹形であり、有底の収納部１ａと、収納部周囲の堤部（側壁）１０を有している。当該堤部１０上面には周状の金属シール部１１が形成されている。金属シール部１１は、タングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００１９】
収納部１ａの底部には段部１ｂ、１ｃを有しており、当該段部上面に導電パッド１２、１３が形成されている。これらの導電パッドは、基部１２１、１３１と水晶振動板が搭載される保持部１２２、１３２が形成されている。前記基部は保持部より幅広に形成され、図４に示すように、その一部がセラミック多層基板の堤部１０におけるセラミック層の間に入り込んだ状態で形成されている。この基部の中央には、外部端子へ導くビアＶが形成されている。保持部１２２、１３２は、前記基部の一部から段部の端に沿って、各保持部１２２、１３２が延伸している。前記導電パッド、ビアは、セラミック積層技術を用いタングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００２０】
前記基部１２１、１３１のビアＶの一部を含む上面から堤部１０に向かう領域に、アルミナコートＡが被覆されている。このアルミナコートＡは、前記堤部を構成する各セラミック層の間に、セラミック多層基板の平坦度を修正するアルミナコートが全周にまたがって形成されており（他の層間については図示せず）、図４に示すように、当該アルミナコートＡの一部が後述したはんだのぬれ性を低減させる膜として構成されている。このため、はんだぬれ性を低減させるだけでなく、セラミック多層基板の堤部の平坦度を修正し、セラミック多層基板の各層間に隙間を発生させないので、気密封止後にリーク不良が発生しないより気密の信頼性の高い構成となる。上述の導電パッド（メタライズ）やアルミナコートは、スクリーン印刷法等により容易に作成できる。
【００２１】
そして、水晶振動板２の導出電極２１、２２と前記導電パッドの保持部１２２、１３２とが、導電性接合材としてのはんだＤにより電気的機械的接合され、前記金属シール部１１上に前記金属フタ（図示せず）を搭載し、この状態で電子ビーム溶接あるいはレーザー等のビーム溶接により金属フタと金属シール部を溶融させ、気密封止する。
【００２２】
当該実施の形態においては、前記ビアＶと、このビアより大きな寸法でビアを囲って形成される基部１２１、１３１は、前記段部のうちセラミック多層基板の角部に最も近接する前記堤部の内壁角１１ｂ、１１ｃの近傍に形成されているので、ビア成形時の位置ずれ込みの影響をなくし、確実な外部端子との電気的接続を確保するとともに、ビア近傍の機械的強度の弱さを隣接する２辺の堤部で補うことができる。
【００２３】
また、図３に示すように、前記水晶振動板２の厚みをＴとし、堤部１０からアルミナコートＡの幅をＷ１とし、当該アルミナコートＡの端部から導電パッド１２、１３に搭載された水晶振動板の端部までの幅をＷ２とした場合、前記Ｗ１の寸法を０．１mm以上とすることで、堤部のずれ込みを吸収し、かつ、前記Ｗ２の寸法を１／２Ｔ〜３／２Ｔ（好ましくはＴと同じ寸法）程度に設定したときが最も保持強度が向上した。前記Ｗ２が１／２Ｔより小さい場合や、３／２Ｔより大きい場合は、水晶振動板の側壁にはんだが十分に回り込まず（はんだのフィレットが十分に形成されず）、接合強度が確保できない。
【００２４】
次に、本発明による第２の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図５とともに説明する。図５は本発明の第２の実施形態を示す断面図である。なお、基本構成は上記実施の形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。本実施の形態においては、上記第１の実施形態に対して、はんだのぬれ性を低減させる膜が異なっている。導電パッドの最上面を金で構成されるとともに導電パッドの基部１２１、１３１のビアＶの一部を含む上面から堤部１０に向かう領域には、金よりぬれ性の低減した銀の膜Ｇが被覆されている。本形態では、はんだの広がりを抑制した状態で銀の膜Ｇの一部と接続されるので接合強度が向上する。
【００２５】
次に、本発明による第３の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図６とともに説明する。図６は本発明の第３の実施形態を示し、水晶振動板を搭載しない状態で、セラミック多層基板の導電パッド部を示す平面図であり、上記第１の実施形態に対して、導電パッドの平面形状、または、はんだのぬれ性を低減させるアルミナコートの平面形状が異なっている。基本構成は上記第１の実施形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。図６（ａ）は、略コ字上のアルミナコートＡが形成されており、導電パッドの中央にはんだが留まる形態となっている。図６（ｂ）は、導電パッドの保持部の先端に向かうにしたがってアルミナコートＡの領域を広くし、また、図６（ｃ）、図６（ｄ）は、導電パッドの保持部１２２、１３２を微細に形成することで、保持部先端側のはんだが過大に塗布されず、最適な盛り上がりが得られる構成となっている。
【００２６】
なお、本発明では、導電性接合材としてはんだに限るものではない。低融点の金属ろう材や鉛フリーはんだ（錫銅はんだ、錫銀銅はんだ、錫銀はんだ、錫銀銅ビスマスはんだ等）にも適用できる。また、導電性接合材のぬれ性を低減させる膜として、アルミナ以外に、酸化珪素、酸化クロム、アルミにより構成することができる。また、上記説明において圧電振動デバイスの例として、音叉型の水晶振動子を例示したが、厚みすべり振動する方形状の水晶振動子でもよい。例えば上記実施の形態において、水晶振動板の下部空間に発振回路を構成するＩＣを取り付け、必要な配線を行い、水晶発振器を構成してもよいし、また１素子または多素子からなる水晶フィルタ等の他の圧電振動デバイスにも適用できる。また、封止の方法として、ビーム溶接を例にしているが、シーム溶接による封止、あるいはガラス封止、樹脂封止等でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態を示す斜視図。
【図２】 図１において水晶振動板を搭載した状態における平面図。
【図３】 図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図４】 図３のＹ−Ｙ線に沿った断面図。
【図５】 第２の実施形態を示す断面図。
【図６】 第３の実施形態を示す平面図。
【符号の説明】
１ セラミック多層基板
１０ 堤部
１１ 金属シール部
２ 水晶振動板（圧電振動板）
１２、１３ 導電パッド

Claims (3)

1. 有底の収納部に導電パッドが形成された段部と、前記収納部と段部を囲む堤部とを有するセラミック多層基板に、圧電振動板が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなる圧電振動デバイスであって、
   前記導電パッドは、外部端子と接続される基部と圧電振動板の端部近傍が接続される保持部を有しており、
   前記基部の上面で、堤部に近接した一部の領域には、前記導電性接合材のぬれ性を低減させる膜が被覆されてなり、
   前記堤部を構成する各セラミック層の間には、セラミック多層基板の平坦度を修正するアルミナコートが全周にまたがって形成されており、当該アルミナコートの一部がぬれ性を低減させる膜として構成されたことを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 前記導電パッドの基部が、セラミック多層基板の堤部内部にその一部が入り込んだ状態で形成されてなることを特徴とする特許請求項１項記載の圧電振動デバイス。
3. 前記導電性接合材がはんだであることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動デバイス。

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