JP4406296B2 - 圧電振動子の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は短冊状の圧電素板の、少なくとも２個所をベースに固着し実装する圧電振動子における圧電素板の支持構造に関するものである。

近年の急速な移動体通信市場の成長に伴い、通信機器の需要が飛躍的に増大してきた結果として、通信機器においてその基準となる周波数の発生源として用いられる圧電振動子は、周囲の使用環境がより過酷な条件での使用下においても、規定された周波数出力の更なる安定な動作の確保が求められている。

従がって、圧電振動子を製造する工程や品質試験あるいはユーザの使用環境における外部周囲環境から受ける外力や応力に対しても、基準となる周波数安定性はもとより、実際に稼動している振動条件下においても安定した特性を保持し得る圧電振動子が求められている。

しかしながら、最近の圧電振動子は小型化、高周波数化することから圧電素板が薄くなる方向にあり応力歪みの影響を受けやすく、また圧電振動子のパッケージもセラミック材料や有機（樹脂）材料を用いることから、ベースを含めたパッケージ内部に収納する圧電素板とパッケージ材料との熱膨張係数が大きく異なる場合があることから、ベースに固着し実装する圧電素板に対してベース（パッケージ）材料による応力や歪みが発生し、上述する周波数安定性はもとより、実際に稼動している振動条件下においても安定した特性の確保が難しく周波数が変動するという不安定要素を有する場合が考えられる。

また、従来から短冊状の圧電素板を用いた圧電振動子は、長辺と短辺の寸法が異なる言わば長方形の形状をしており、この圧電素板の主面表裏に電極を形成して励振電極とし、この励振電極に励振電流を印加することで圧電素板が振動し、更に短冊状の圧電素板をベースに固着し実装することで圧電振動子を構成している。

従って、一般的には圧電素板の主面表裏の励振電極は圧電素板の短辺の外形両端に固着部分を形成することから、圧電素板の短辺の寸法（距離）の間隔をあけてベースとが固着される格好が必然的に取られているのが現状となっている。
特開平０８−２９８４２３号公報 特開平０９−０９３０７３号公報

ところが前述するように圧電素板とベースとを接着剤やバンプなどで固着し実装する場合に、圧電素板とベース材料との熱膨張係数の違いにより、この両者の実装部分における歪みが圧電素板にもおよんでしまうおそれがあることから、特に圧電素板の主面表裏に形成する励振電極の引き出し電極部分をベースと固着するのが一般的な実装形態であるため、圧電素板の引き出し電極部分の間隔が大きければ大きいほど、熱膨張係数による歪み量を受けやすくなるのが現状である。（図４参照）

このことは前述する「一般的には圧電素板の主面表裏の励振電極は圧電素板の短辺の外形両端に固着部分を形成することから、圧電素板の短辺の寸法（距離）の間隔をあけてベースとが固着される格好が必然的に取らている」ものであり、昨今の圧電振動子に要求される「基準となる周波数安定性はもとより、実際に稼動している振動条件下においても安定した特性を保持する」ためには改善すべき課題となっている。

本発明により圧電素板に加わるベースの実装部分の歪み量を大幅に改善できることから、より安定した周波数特性が確保でき、製造工程での歩留り向上の実現と共に市場要求にも対応することができる。

本発明は、矩形状の圧電素板をベースに固着し実装する圧電振動子の支持構造において、前記圧電素板の固着部分を該圧電素板の長辺あるいは短辺の一箇所に集中させることである。また固着部分はバンプを用いていることである。

このときの固着には金バンプを用いるものであり、技術分野にも記載するように圧電素板の引き出し電極の距離とベースとの固着部分での歪みが要因として考えられることから、圧電素板の主面表裏に形成する引き出し電極のうちの、１点の固着部分は金バンプを用いてベースに直接固着し、少なくとももう１点はワイヤーボンディングにより固着することでも同様に固着部分の歪み量を低減することができる。

以下、添付の図面に従がってこの発明の実施例を説明する。なお各図において同一の符号は同じ対象を示すものとする。また、ベース内部の電極引き回しについては図示を省略してある。図１に本発明の圧電振動子３の平面図を示す。ベース２の圧電素板１を搭載し固着する部分４に圧電素板１を保持するためにバンプ（図示しない）を用いる。バンプについては金材料など半導体部品の実装に用いる一般的な材料と手法のものが使用されている。なお、隣接する２点の固着部分４の距離は、圧電素板１の各辺の１／２以下であることが望ましい。

本発明の特徴として、図２で実装部分の部分拡大図を示しているが、短冊状の圧電素板１を用いた圧電振動子２の長辺あるいは短辺の一方に圧電素板１の主面表裏に形成する励振電極６間の距離を最小値にするために、ほぼ隣接した格好でバンプなどで実装と固着がなされていることを描画したものである。この場合固着部分４はひとつの角に集中するものである。図２（ａ）は圧電素板１の短辺方向の一端に固着部分４をまとめた概念図で、図２（ｂ）は圧電素板１の長辺方向の一端に固着部分をまとめた概念図で、図２（ｃ）は圧電素板１の長辺方向と短辺方向の一端にそれぞれ固着部分をまとめた概念図である。上述のように固着部分４を一箇所に集中させることで、引き出し電極７の距離を短くしてその間の応力ほ低減する。固着部分４は平行でも不平行でも問うものでは無い。

図３には本発明の他の実施の形態として、図１と同様に圧電素板１の主面表裏に形成する励振電極６とベース２との固着部分４について、一方の引き出し電極７端はバンプにより実装するものであるが、もう一端についてはワイヤーボンディング５を用いて実装と導通をとった形態を示したものである。

この場合、圧電素板１から出ている引き出し電極７の一端（１点）で圧電素板１自体を保持する格好となるものの、最近の圧電振動子２の心臓部である圧電素板１の外形寸法が２ミリ角の外形寸法以下となっていることで、非常に軽少、軽量であることから１点での保持力でも十分に信頼性を得ることができる。

なお、図４には従来例として、圧電素板１とベース２の固着部分での歪みの様子を描画した平面図である。
また、本実施例では圧電素板１とベース２との固着には金バンプを中心に記述しているが、圧電素板１を保持し導通をとる手段については金バンプに限るものでは無いことを付記しておく。

本発明は今後に向けて小型化、軽量化する圧電振動子に対して、より安定した発振周波数を得ることができる。また、圧電素板の固着と実装方法も圧電素板の一端で保持する構造をとることから、圧電振動子の製造工程における作業の簡略化も実現することができる。

本発明の一実施の形態を示す斜視図である。 本発明の固着部分を説明する部分拡大図である。 本発明の他の実施の形態を示す部分拡大図である。 従来例を示す平面図である。

符号の説明

１ 圧電素板
２ ベース
３ 圧電振動子
４ 固着部分
５ ワイヤーボンディング

Claims (2)

1. 矩形状の圧電素板をベースに固着し実装する圧電振動子の支持構造において、前記圧電素板の固着部分を該圧電素板の長辺あるいは短辺の一箇所に集中させることを特徴とする圧電振動子の支持構造。
2. 請求項１に記載の固着部分はバンプを用いていることを特徴とする圧電振動子の支持構造。

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