JP4938366B2

JP4938366B2 - 圧電振動子

Info

Publication number: JP4938366B2
Application number: JP2006180911A
Authority: JP
Inventors: 誠佐野
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008011313A

Description

本発明は、圧電振動子に関し、特に高周波で良好な圧電振動特性を得られる圧電振動子に関する。

近年では、移動体通信機器等の機器類の著しい小型化に伴い、これら機器に用いられる圧電振動子等の電子部品についても更なる小型化が求められている。現在では、２．５ｍｍ×２．０ｍｍの外形サイズの圧電振動子が主流になっており、それ以下のサイズの圧電振動子も開発されている。電子部品の一つである圧電振動子に使用される圧電振動素子は、圧電素板の表裏主面上に、圧電素板を励振させる励振電極と、圧電振動素子を収納する絶縁性容器に形成される電極パッドとの接続をとるための引出電極とを形成して構成されている。圧電振動素子形状として小型化に有利な短冊形状が主流となってきた。

図４は、従来技術の一例として、各種電極を形成した圧電振動素子の外周部を絶縁性容器体で挟む形態で圧電振動素子の振動領域を気密封止した圧電振動子の幅方向の断面図である。即ち、圧電振動子４０は、圧電振動素子４１の上下にそれぞれ容器体４２及び４３が貼り合わされており、貼り合わされた容器体４２及び４３及び圧電振動素子の厚み方向の側面には、２つ容器体主面上にまで至る外部接続用電極端子４４が形成されている。圧電振動素子４１の表裏両主面には励振用電極４５が形成されており、容器体には圧電振動素子の共振振動を妨げないように、圧電振動素子に対向する面に凹部４６及び４７が形成されている。

前述のような圧電振動子については、以下のような先行技術文献が開示されている。
特開２００３−１４２７４８号公報特開２００１−２４４７７５号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

近年では、上述した小型化と同時に圧電振動子の高周波化も進み、例えば、圧電素材として水晶を用い、振動モードとして厚みすべり振動モードで振動するよう形成した圧電振動素子の場合では、圧電振動素子の厚みを数百ｎｍ〜数μｍとするような圧電振動素子を使用する場合がある。

しかし、上述したような形態の圧電振動子では、圧電振動素子を挟む容器体にガラス等の硬脆材を使用しているので、外部から圧電振動子本体に応力や歪みが加わった場合、仮にその応力や歪みが微小であっても、それら容器体に挟まれた圧電振動素子が歪んでしまい、圧電振動素子の振動特性に悪影響を及ぼす虞がある。更に、圧電振動素子を直接容器体で挟み込み接合する形態であるため、圧電振動素子の一部が圧電振動子の外形構造体として圧電振動子の外部に露出しているので、圧電振動素子に直接応力や歪みが加わってしまう虞もある。

又、従来のような形態の圧電振動子では、圧電振動素子を直接容器体で挟み込み接合する形態であるため、圧電振動子を製造する際に圧電振動素子に容器体接合の影響が及ぶ可能性があり、特に圧電振動素子の周波数特性に悪影響を及ぼし、製品歩留まりの低下を招く虞がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、圧電振動体と、一方の主面上には振動体接続用電極が形成されており、更に他方の主面には該振動体接続用電極と電気的に接続された外部接続用電極端子が形成されており、該一方の主面上には該圧電振動体が搭載されている基板と、該基板の一方の主面外周辺縁部に接合され、該基板に搭載された該圧電振動体を囲繞した、該圧電振動体の搭載高より高い高さ寸法を有する側壁体と、該側壁体の該基板との接合面とは反対の主面に接合され、且つ該側壁体により囲繞された該圧電振動体の搭載空間を気密に封止する蓋体と、を備えた構成の圧電振動子であって、該圧電振動体は、圧電振動素子と枠体と柱体とを備えており、該圧電振動素子は、表裏両主面にそれぞれ励振用電極と、該励振用電極より対角に向かい合う１対の角部うち表裏両主面で異なる角部へ引き出され、且つ引き出され主面とは反対側の主面上までビアホールにより延設された引出電極とが形成されており、該枠体は、ガラス又は圧電振動素子と同一の素材で形成され、該圧電振動素子の励振用電極及び励振動領域と接触する部分がくり抜かれた形態であり、該圧電振動素子の一方の主面に直接接合により接合されており、該柱体は、ガラス又は圧電振動素子と同一の素材で形成され、該枠体の該圧電振動素子接合面とは反対の主面の該引出電極と該枠体を介して対向する少なくとも２つの角部に直接接合により接合されており、該柱体には、該枠体との接合面とは反対側の主面上に基板接続用電極が形成されており、所定の該柱体に形成された基板接続用電極は、該柱体及び該枠体に形成されたビアホールにより該引出電極と電気的に接続しており、該圧電振動体は、該基板接続用電極と、該基板接続用電極と対向する該振動体接続用電極とが、導電性接合材により電気的且つ機械的に接続することで該基板上に搭載されていることを特徴とする圧電振動子である。

本発明の圧電振動子により、圧電振動素子を圧電振動子の外形構造体の一部として形成するのではなく、基板や側壁体の外形構造体から独立した形態で構成し、且つ圧電振動素子が前述した外形構造体に搭載される場合に、圧電振動素子に形成した枠体及び柱体を介した形態で圧電振動子内に搭載されるので、外部からの応力や歪みが直接圧電振動素子に印加されることはない。又、応力や歪みが圧電振動子内の圧電振動体にまで達した場合でも、圧電振動体を構成する柱体及び枠体により、応力や歪みを減衰することができ、圧電振動素子に加わる応力や歪みを著しく小さくすることができる。

又、本発明の圧電振動子は、従来のように圧電振動素子を直接容器体で挟み込み接合する形態ではないため、圧電振動子を製造する際に圧電振動素子に容器体接合の影響が及ぶ可能性がなく、接合工程による圧電振動素子の周波数特性の悪化を無くし、製品歩留まりの低下を防止することができる。

因って、上記作用により本発明は、小型化高周波化の進行に対応しつつ、特性の悪化がなく且つ製造歩留まりが良好な圧電振動子を提供する効果を奏する。

以下に、本発明における圧電振動子の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における圧電振動子を、圧電振動子の一形態である水晶振動子で例示した概略分解斜視図である。図２は、図１記載の水晶振動子を組み立てた後、図１に記した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。図３は、図１及び図２に記載の圧電振動体を基板接合側から見た外観斜視図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各図における電極などの厚み方向の寸法は著しく誇張して図示している場合がある。

即ち、図１，図２及び図３において、矩形薄板状の外形形状の水晶素板１１の表裏主面上は、水晶素板のほぼ中央に励振用電極１２が表裏主面で対向するように蒸着法或いはスパッタリング法により形成されており、この励振用電極１２から水晶素板１１の対角に向かい合う１対の角部うち表裏両主面で異なる角部へ引き出され、且つ引き出された主面とは反対側の主面上までビアホール１４により延設された引出電極１３とが形成されている水晶振動素子１０が用意されている。尚、この水晶振動素子１０を構成する水晶素板１１は、人工水晶体よりＡＴカットアングルで切り出し外形加工されたものであり、例えば、厚みすべり基本波振動モードで３００ＭＨｚ近辺の振動を得る場合では、水晶振動素子１０を構成する水晶素板の厚み寸法は約５．５μｍにまで加工される。

このような形態の水晶振動素子１０において、水晶振動素子１０の一方の主面には、水晶振動素子１０の一方の主面上に形成された励振用電極１２及びその励振用電極に印可される電圧によって励振する水晶振動素子１０における励振動領域と接する部分がくり抜かれた形態の枠体１５が接合されている。この枠体１５は、ガラス又は水晶振動素子１０と同じ水晶を素材として形成されており、直接接合法により水晶振動素子１０の一方の主面の外周辺縁部に接合されている。又、枠体１５を水晶振動素子１０に接合した際に、水晶振動素子１０に形成されているビアホール１４に接する枠体１５の一方の主面には、枠体１５を貫通して他方の主面に至るビアホール（不図示）が形成されている。尚、枠体１５を水晶を素材として形成する場合、水晶振動素子１０と同じカットアングルで人工水晶体より切り出し形成したものを使用すれば、枠体１５と水晶振動素子１０との熱膨張係数等の結晶特性を同一にできるので、枠体１５から水晶振動素子１０に微細ではあるが不要な応力が加わるのを防止できる。

この枠体１５の水晶振動素子１０との接合面とは反対の主面（前述した他方の主面）の４つの角部には、素材がガラス又は水晶であり、外形形状が四角柱状の、枠体１５との接合面とは反対側の主面上に基板接続用電極１６が形成されている４つの柱体１７が、直接接合法により接合形成されている。この柱体１７のうち、枠体１５に形成したビアホール上に形成した柱体１７は、柱体内部に形成したビアホール１８により、その柱体１７に形成した基板接続用電極１６を、その柱体１７、枠体１５及び水晶振動素子１０に形成された各ビアホールを介して、水晶振動素子１０に形成された励振用電極１２と電気的に接続されている。尚、上述した実施形態では、柱体１７は枠体１５に別体で形成し直接接合法により接合した形態を示したが、他に枠体１５と柱体１７とを物理的又は化学的外形加工法により、ガラス体又は水晶体より一体構造として形成したものを使用しても良い。又、柱体１７の外形形状は円柱状や多角柱状でも構わない。

この水晶振動素子１０、枠体１５及び柱体１７をそれぞれ接合することにより水晶振動体２０を構成している。

更に、この水晶振動体２０は、水晶振動体２０の４つの基板接続用電極１６と対向する一方の主面上に振動体接続用電極２１が形成され、更に他方の主面に電子機器側のマザーボード等の外部基板と電気的且つ機械的な接続を取る外部接続用電極端子２２が形成された基板２３上に、各々の振動体接続用電極２１とそれに対応する基板接続用電極１６が対向する形態で配置され、この振動体接続用電極２１と基板接続用電極１６とをハンダ、バンプ又は導電性接着材等の導電性接合材を用いて電気的且つ機械的に接合し、基板２３に水晶振動体２０を固着する。この基板２３はガラスを素材とした平板形状であり、基板２３の一方の主面における水晶振動体２０の搭載領域外の外周辺縁部には、後述する側壁体２４を接合するための接合代を有している。

この水晶振動体２０を搭載した基板２３の一方の主面の外周辺縁部には、基板２３に搭載された水晶振動体２０を囲繞し、且つ水晶振動体２０の搭載時の高さより高い高さ寸法を有する形態の側壁体２４が、その側壁体２４の他方の主面を基板２３の一方の主面に直接接合法により接合している。この側壁体２４はガラスを素材としている。

内部に水晶振動体２０の搭載空間を形成した側壁体２４の基板２３接合面とは反対の一方の主面上には、側壁体２４により囲繞された水晶振動体２０搭載空間の開口部を覆う形態の蓋体２５が配置されている。蓋体２５はガラスを素材とする平板形状であり、この蓋体２５と側壁体２４とは水晶振動体２０搭載後に直接接合法にて接合されており、水晶振動体２０搭載空間を気密に封止している。

水晶振動体２０を内部に搭載した形態で、基板２３、側壁体２４及び蓋体２５を直接接合法により接合することで水晶振動子３０が形成されている。

このような形態の水晶振動子３０を形成することにより、従来のように水晶振動素子１０を水晶振動子３０の外形構造体の一部として形成するのではなく、水晶振動素子１０を基板２３や側壁体２４の水晶振動子３０の外形構造体とは直接に接触しない形態で構成し、且つ水晶振動素子１０が前述した外形構造体内に搭載される場合に、水晶振動素子１０に形成した枠体１５及び柱体１７を介した形態で水晶振動子３０内に搭載されるので、外部からの応力や歪みが直接水晶振動素子１０に印加されることはない。又、応力や歪みが圧電振動子３０内の水晶振動体２０にまで達した場合でも、水晶振動体２０を構成する柱体１７及び枠体１４により、応力や歪みを減衰させることができ、水晶振動素子１０に加わる応力や歪みを著しく小さくすることが可能となる。

更に、上述した形態の水晶振動子３０では、従来のように水晶振動素子を直接容器体で挟み込み接合する形態ではないため、水晶振動子３０を製造する際には、水晶振動素子１０に容器体（本発明では基板２３や側壁体２４に該当する）の接合の影響が及ぶ可能性が著しく小さく、容器体の接合工程による水晶振動素子１０の周波数特性の悪化を無くし、製品歩留まりの低下を防止することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるのではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、圧電振動素子１
０を構成する素板の圧電材として水晶を用いた場合を開示したが、本発明は実施例開示の
材質に限定されるものではなく、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セ
ラミックスなどを使用した場合でも本発明は有効である。又、上記実施形態では、基板２３と側壁体２４との接合に直接接合法を用いて接合を行っているが、歪みが発生せず且つ圧電振動素子１０の振動特性に悪影響を及ぼさないのであれば、接合材を介しての間接的な接合法を用いても構わない。更に、上記実施形態では、枠体１４に形成する柱体１７の個数を４つとしたが、圧電振動素子１０及び枠体１４を支持することが可能であれば最低２つの柱体でも良い。

図１は、本発明における圧電振動子を、圧電振動子の一形態である水晶振動子で例示した概略分解斜視図である。図２は、図１記載の水晶振動子を組み立てた後、図１に記した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。図３は、図１及び図２に記載の水晶振動体２０を基板２３接合側からみた外観斜視図である。図４は、従来の圧電振動子の一形態を示した概略断面図である。

符号の説明

１０・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
１１・・・水晶素板
１２・・・励振用電極
１３・・・引出電極
１４，１８・・・ビアホール
１５・・・枠体
１６・・・基板接続用電極
１７・・・柱体
２０・・・水晶振動体（圧電振動体）
２１・・・振動体接続用電極
２２・・・外部接続用電極端子
２３・・・基板
２４・・・側壁体
２５・・・蓋体
３０・・・水晶振動子（圧電振動子）

Claims

圧電振動体と、
一方の主面上には振動体接続用電極が形成されており、更に他方の主面には該振動体接続用電極と電気的に接続された外部接続用電極端子が形成されており、該一方の主面上には該圧電振動体が搭載されている基板と、
該基板の一方の主面外周辺縁部に接合され、該基板に搭載された該圧電振動体を囲繞した、該圧電振動体の搭載高より高い高さ寸法を有する側壁体と、
該側壁体の該基板との接合面とは反対の主面に接合され、且つ該側壁体により囲繞された該圧電振動体の搭載空間を気密に封止する蓋体と、
を備えた構成の圧電振動子であって、
該圧電振動体は、圧電振動素子と枠体と柱体とを備えており、
該圧電振動素子は、表裏両主面にそれぞれ励振用電極と、該励振用電極より対角に向かい合う１対の角部うち表裏両主面で異なる角部へ引き出され、且つ引き出され主面とは反対側の主面上までビアホールにより延設された引出電極とが形成されており、
該枠体は、ガラス又は圧電振動素子と同一の素材で形成され、該圧電振動素子の励振用電極及び励振動領域と接触する部分がくり抜かれた形態であり、該圧電振動素子の一方の主面に直接接合により接合されており、
該柱体は、ガラス又は圧電振動素子と同一の素材で形成され、該枠体の該圧電振動素子接合面とは反対の主面の該引出電極と該枠体を介して対向する少なくとも２つの角部に直接接合により接合されており、
該柱体には、該枠体との接合面とは反対側の主面上に基板接続用電極が形成されており、所定の該柱体に形成された基板接続用電極は、該柱体及び該枠体に形成されたビアホールにより該引出電極と電気的に接続しており、
該圧電振動体は、該基板接続用電極と、該基板接続用電極と対向する該振動体接続用電極とが、導電性接合材により電気的且つ機械的に接続することで該基板上に搭載されている
ことを特徴とする圧電振動子。