JP4947213B2 - 圧電振動部品 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、圧電共振部品や圧電アクチュエータなどに用いられる圧電振動部品に関し、より詳細には、圧電効果により振動し得るように基板上に圧電振動子が搭載されている構造を備えた圧電振動部品に関する。
従来、発振子やフィルタとしての様々な圧電振動部品が提案されている。また、圧電振動部品では、圧電振動子が振動するため、圧電振動子の振動を妨げないためのパッケージ構造が必要である。下記の特許文献1に記載の圧電振動部品では、ケース基板とキャップとからなるパッケージ構造が採用されている。
図8は、この種のパッケージ構造を有する従来の圧電振動部品の分解斜視図である。圧電振動部品101では、ケース基板102に、圧電振動子103が搭載される。ここでは、外部との電気的接続を図るための第1,第2の端子電極104,105が、ケース基板102の第1,第2のコーナー部102a,102bに形成されている。また、ケース基板102の上面に導電性接着剤106,107が配置される。導電性接着剤106,107は、引回し電極108,109に電気的接続されている。導電性接着剤106,107により、圧電振動子103がケース基板102に対して固定され、かつ圧電振動子103が、引回し電極108,109を介して第1,第2の端子電極104,105に電気的に接続されている。上記圧電振動子103は、一端側において片持ち梁で、上記導電性接着剤106,107により支持されている。
上記圧電振動子103の振動を妨げないための空間を形成するに、下方に開いた開口を有するキャップ110が枠状の接着剤層111を介してケース基板102に接合されている。
従って、圧電振動子103はケース基板102とキャップ110とで形成されたパッケージ内に密封されている。
特開2001−110925号公報
圧電振動部品101においても、他の電子部品と同様に、小型化が強く求められている。もっとも、圧電振動部品101では、上記のような圧電振動子103の振動を妨げないための密封空間を有するパッケージ構造を形成しなければならなかった。従って、圧電振動部品101の小型化には限界があった。
そこで、従来、できるだけ圧電振動部品101を小さくするために、ケース基板102においては、導電性接着剤106,107と、端子電極104,105との間の距離はできるだけ短くされていた。
他方、圧電振動部品101では、圧電振動子103の振動が導電性接着剤106,107を用いた接合部を経由してケース基板102側に漏洩しがちであった。そのため、振動の漏洩により、共振特性などの特性が劣化するおそれがあった。
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、小型化を図り得るだけでなく、圧電振動子からケース基板側への振動の漏洩を抑制することが可能とされた圧電振動部品を提供することにある。
本発明によれば、上面及び下面を有する基板と、前記基板の上面に保持された圧電振動子と、前記基板の一端側において基板の上面に前記圧電振動子を保持するように、前記基板と前記圧電振動子とを連結しており、かつ前記圧電振動子に電気的に接続されている導電性保持部材と、前記基板の他端側に寄せられて設けられた端子電極と、前記導電性保持部材と前記端子電極とを結ぶように前記基板の上面に設けられた引き回し電極とを有し、前記基板上に搭載された前記圧電振動子を囲繞するように、前記基板に接着剤により固定されており、かつ前記基板側に開いた開口を有するキャップと、前記引き回し電極の少なくとも一部を覆うように、前記基板の上面に形成された樹脂層とをさらに備え、前記接着剤の一部が前記樹脂層を兼ねていることを特徴とする、圧電振動部品が提供される。
本発明に係る圧電振動部品において、上記圧電振動子は基板の上面において保持されているが、この保持態様は特に限定されない。本発明のある特定の局面では、圧電振動子は上記導電性保持部材により基板の上面において片持ち梁で支持されている。この場合には、圧電振動子による変位量を大きくすることができる。また、支持構造の簡略化を図ることができる。
本発明に係る圧電振動部品の他の特定の局面では、前記基板が、対向し合う第1,第2の辺と、対向し合う第3,第4の辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記導電性保持部材が前記第1の辺側に寄せられて配置されており、前記端子電極が前記第2の辺側に寄せられて形成されている。矩形の平面形状を有する基板において、第1の辺側に導電性保持部材が、反対側の第2の辺側に端子電極が寄せられて形成されているため、基板の上面に長い引回し電極を形成することができる。
本発明に係る圧電振動部品のさらに他の特定の局面では、前記基板が、対向し合う第1,第2の辺と、対向し合う第3,第4の辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記導電性保持部材が、前記第1の辺側に寄せられた第1の導電性保持部材と、前記第2の辺側に寄せられて配置された第2の導電性保持部材とを有し、前記圧電振動子が、前記第1,第2の導電性保持部材により前記基板の上面に保持されており、前記端子電極が、前記第2の辺側に寄せられて配置された第1の端子電極と、前記第1の辺側に寄せられて配置された第2の端子電極とを有し、前記引回し電極が第1,第2の引回し電極を有し、前記第1の導電性保持部材と前記第1の端子電極とが前記第1の引回し電極により電気的に接続されており、かつ前記第2の導電性保持部材と前記第2の端子電極とが前記第2の引回し電極により電気的に接続されている。この場合には、基板の第1の辺側に寄せられた第1の導電性保持部材と、第2の辺側に寄せられて配置された第2の導電性保持部材とにより圧電振動子が保持されている構造において、第1,第2の引回し電極の長さを十分に長くすることができる。
本発明に係る圧電振動部品では、前記基板上に搭載された前記圧電振動子を囲繞するように、前記基板に接着剤により固定されており、かつ前記基板側に開いた開口を有するキャップをさらに備えられている。それによって、本発明に従って圧電振動子の変位を妨げないための密封空間が形成されたパッケージ構造を有し、しかも本発明に従って振動の漏洩が抑制されている圧電振動部品を提供することができる。
また、引回し電極の少なくとも一部を覆うように、基板の上面に形成された樹脂層がさらに備えられ、それによって、基板側に漏洩してきた振動を樹脂層によりダンピングすることができる。上記キャップを基板に固定するための接着剤、上記樹脂層を兼ねてい従って、キャップ付き圧電振動部品の製造に際し、上記樹脂層を構成するために別の材料を用意する必要がない。また、上記キャップの接合作業と同時に上記樹脂層を形成することができる。
本発明に係る圧電振動部品では、導電性保持部材が基板の一端側に、端子電極が基板の他端側に寄せられて設けられているので、十分長い引回し電極を形成することができる。それによって、圧電振動子から基板側に漏洩してきた振動が長い引回し電極を伝搬する際に十分に減衰することとなる。すなわち、引回し電極による振動減衰経路長を長くすることが可能となる。しかも、上記引回し電極の長さは、端子電極と導電性保持部材との位置関係を工夫することにより延長されているため、基板の寸法を大きくすることなく、振動減衰経路長を長くすることが可能とされている。よって、圧電振動部品の小型化を妨げることもない。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動部品の分解斜視図である。 図2は、第1の実施形態の圧電振動部品の製造に際し、キャップを基板上に接合する工程を説明するための斜視図である。 図3(a)及び(b)は、樹脂層が設けられた実施例の第1の実施形態の圧電振動部品の有限要素法による解析モデルを略図的に示す正面図断面図であり、及び有限要素法により解析された変位分布を示す図である。 図4(a)及び(b)は、樹脂層が設けられていないことを除いては実施例と同様に構成された変形例の第1の実施形態の圧電振動部品の有限要素法による解析モデルを略図的に示す正面図断面図であり、及び有限要素法により解析された変位分布を示す図である。 図5は、引回し電極の電極長さと引回し電極端部における相対変位量との関係を示す図である。 図6(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動部品の分解斜視図及び第2の実施形態の圧電振動部品の製造に際しキャップを接合する工程を示す斜視図である。 図7は、第1の実施形態の変形例に係る圧電振動部品を説明するための分解斜視図である。 図8は、従来の圧電振動部品の一例を示す分解斜視図である。
符号の説明
1…圧電振動部品
2…ケース基板
2a…第1の短辺
2b…第2の短辺
2c…第1の長辺
2d…第2の長辺
2e…上面
3…第1の端子電極
4…第2の端子電極
5,6…ダミー電極
7,8…引回し電極
9,10…導電性保持部材
11…圧電振動子
12…圧電板
13…第1の振動電極
15,16…端子電極
17…キャップ
18…接着剤層
20…樹脂層
31…圧電振動部品
32…ケース基板
32a,32b…第2の短辺
32c,32d…第2の長辺
33…第1の端子電極
34…第2の端子電極
35,36…ダミー電極
37,38…引回し電極
39…第1の導電性保持部材
40…第2の導電性保持部材
41…圧電振動子
42…圧電板
43…第1の振動電極
45…第1の端子電極
46…第2の端子電極
51…圧電振動部品
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動部品の分解斜視図であり、図2は該圧電振動部品のキャップを接合する工程を示す斜視図である。
圧電振動部品1は、平面形状が略矩形のケース基板2を有する。上記矩形の平面形状は、対向し合う第1,第2の短辺2a,2bと、対向し合う第1,第2の長辺2c,2dを有する。いま、ケース基板2の4つのコーナー部分を、第1〜第4のコーナー部分A〜Dとする。コーナー部分A,Bは、第1の短辺2aの両側に位置しているコーナー部分であり、コーナー部分C,Dは、第2の短辺2bの両側に位置しているコーナー部分であり、第1の長辺2cは、コーナー部分B,D間に位置しており、第2の長辺2dは、コーナー部分A,C間に位置している。
そして、コーナー部分A〜Dでは、ケース基板2の一部が切欠かれ、それぞれ、円筒曲面状の凹部が形成されている。これらの凹部に導電性材料を付与することにより、それぞれ電極が形成されている。すなわち、コーナー部分Bには、第1の端子電極3が形成されており、コーナー部分Cに第2の端子電極4が形成されている。コーナー部分A及びコーナー部分Dはダミー電極5,6が形成されている。
ダミー電極5,6は、形成されずともよい。ただし、本実施形態のように、全てのコーナー部分A〜Dに電極を形成した場合、端子電極3,4の形成に際しての電極材料を付与する作業が容易となる。
ケース基板2の上面2e上には、第1,第2の端子電極3,4に一端が接続されるように、それぞれ、第1,第2の引回し電極7,8が形成されている。引回し電極7,8の他端側においては、引回し電極上に第1,第2の導電性保持部材9,10が配置されている。
上記第1,第2の引回し電極7,8及び端子電極3,4及びダミー電極5,6を形成するための電極材料は特に限定されず、Ag、Ag−Pd合金などの適宜の金属を用いることができる。
上記第1,第2の導電性保持部材9,10により、圧電振動子11がケース基板2に片持ち梁で支持されるように固定されている。
圧電振動子11は、矩形板状の圧電板12と圧電板の第1の主面に形成された第1の振動電極13と、第1の振動電極13と圧電板12を介して対向し合うように圧電板12の第2の主面に形成された第2の振動電極とを有する。圧電板12は、圧電セラミックスまたは水晶からなり、例えば、厚み縦振動モードで振動する。従って、第1の振動電極13と第2の振動電極との間に交流電圧を印加することにより、圧電振動子11が厚み縦振動モードで振動する。
圧電振動子11では、第1の振動電極13に電気的に接続されるように、圧電板12の1つのコーナー部分に設けた端子電極15に電気的に接続されている。この端子電極15は、第1の導電性保持部材9の上方に位置している。
他方、圧電板12の下面に形成された第2の振動電極に電気的に接続された第2の端子電極16は、圧電板12の別のコーナー部分近傍に設けられている。この第2の端子電極16の下方に第2の導電性保持部材10が位置している。従って、第1,第2の導電性保持部材9,10により圧電振動子11をケース基板2に接合することにより、端子電極15,16が、第1,第2の端子電極3,4に電気的に接続されることになる。
導電性保持部材9,10は、上記のように、圧電振動子11を機械的に支持するとともに、圧電振動子11の第1の振動電極13と第2の振動電極とをケース基板2に設けられた第1,第2の端子電極3,4に電気的に接続している。
上記圧電振動子11を覆うように、下方に開いた開口を有するキャップ17が矩形枠状の接着剤層18によりケース基板2の上面2eに接合される。それによって、ケース基板2とキャップ17とからなるパッケージ内に圧電振動子11が密封される。上記キャップ17は、例えば、金属または絶縁性材料表面に金属膜が形成された複合材料からなる。
圧電振動部品1では、第2の引回し電極8が十分に長くされているため、圧電振動子11からケース基板2側に漏洩してきた振動を効果的に抑圧することができる。すなわち、第2の導電性保持部材10は、ケース基板2の一端側、より具体的には第1の短辺2a側に寄せられて配置されており、第1の端子電極3は、他端側、すなわち反対側の第2の短辺2b側に位置しているコーナー部分4に設けられている。従って、第2の引回し電極8が、長辺2dに沿うように延ばされている。よって、図8に示した従来の圧電振動部品の第2の引回し電極109に比べて、第2の引回し電極8は十分に長くされている。従って、導電性保持部材10を介して漏洩してきた振動が第2の引回し電極8を伝搬するに際し、漏洩してきた振動が十分に減衰する。よって、端子電極3,4から取り出される振動特性を改善することができる。
さらに、本実施形態の圧電振動部品1では、上記第2の引回し電極8の一部が、上記接着剤層18で覆われる。この接着剤層18は、本実施形態では、エポキシ系接着剤からなり、該接着剤層18が第2の引回し電極8の一部を被覆しているため、接着剤層の存在によって、漏洩してきた振動がさらに減衰する。
なお、図1の一点鎖線Eで模式的に示す位置に、上記漏洩振動を減衰させるための樹脂層20を形成してもよい。その場合には、接着剤層18は、第2の引回し電極8を覆っておらずともよい。このような樹脂層を形成する材料としては、上記接着剤層18を形成する材料と同じ材料を用いてもよい。その場合には、接着剤層18及び樹脂層20が同じ材料からなるため、用意する材料の種類を減らすことができる。加えて、樹脂層20の形成を接着剤層18の形成と同じ工程で行うこともできる。
もっとも、樹脂層20は、接着剤層18と異なる樹脂により形成されていてもよい。このような樹脂材料としては、例えば、シリコーン、ウレタン系樹脂、ポリイミドなどを挙げることができる。
上記樹脂層の形成により漏洩振動を抑圧されること、有限要素法による解析結果を示し、説明することとする。
図3(a)及び(b)は、上記樹脂層が設けていないこと、すなわち上記矩形枠状の接着剤層18が第2の引回し電極8を覆わないように形成されていることを除いては、上記実施形態と同様にして構成された比較例の解析結果を示す図であり、(a)は、その解析モデルを示す略図的正面断面図であり、(b)は有限要素法による変位分布の解析結果を示す図である。他方、図4(a)及び(b)は、上記実施形態の圧電振動部品の解析モデルを示す模式的正面図及び変位分布を示す図である。
図3(a)の解析モデルでは、圧電振動子121の下面側に、ケース基板側の引回し電極122が位置している構造が模式的に示されている。図4(a)では、圧電振動子11の下面側に、ケース基板側の第2の引回し電極8上に樹脂層20が形成されている構造が模式的に示されている。
図3(b)に比べて、図4(b)では、樹脂層20の形成により、漏洩振動が抑圧されるため、樹脂層20があまり変位していないことがわかる。すなわち、樹脂層20の形成により、漏洩してきた振動を効果的に抑圧し得ることがわかる。
なお、図3及び図4に示した有限要素法による解析では、圧電振動子を水晶振動子とし、電極材料をAgとし、圧電体の密度を1.04×10kg/m、ヤング率7.32×10Pa、機械的減衰(1/Qm)を100×10−3と仮定した。また、樹脂層20を形成する樹脂については、その密度を1.2×10kg/m、ヤング率を4×10Pa、機械的減衰(1/Qm)を1と仮定した。
また、上記有限要素法による解析結果に基づき、ケース基板上の第2の引回し電極の長さd/Dと、第2の引回し電極の端子電極側の端部における相対変位量との関係を求めた。結果を図5に示す。なお、第2の引回し電極の長さdは、圧電振動子の厚みDで規格化した値である。また、相対変位量は、圧電振動子11の最大変位量で規格化した値である。
図5から明らかなように、第2の引回し電極の長さが長くなると、第2の引回し電極の第2の端子電極側端部における相対変位量が小さくなることがわかる。これは、〇で示すように、樹脂層20が設けられていない変形例の場合及び□で示す樹脂層が設けられている上記実施形態のいずれの場合にも、第2の引回し電極の長さが長くなるにつれて、上記相対変位量を小さくし得ることがわかる。
また、樹脂層20が設けられていない変形例に比べて、樹脂層20を有する上記実施形態によれば、第2の引回し電極の長さが同じである場合、樹脂層の形成により相対変位量を小さくし得ることがわかる。
なお、本実施形態では、第1,第2の引回し電極のうち、第2の引回し電極の長さが長くされ、漏洩振動の抑圧が図られていたが、第1の引回し電極の長さを長くしてもよい。
さらに、上記樹脂層20は、長さが長くされた引回し電極の全部を覆うように形成する必要は必ずしもなく、第1の引回し電極の一部を覆うように樹脂層を形成してもよい。好ましくは、樹脂層は、第1,第2の引回し電極の双方の一部をそれぞれを覆うように形成され、それによって、漏洩してきた振動をより効果的に抑圧することができる。
図6(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動部品の分解斜視図及びキャップを接合する工程を示す斜視図である。
第2の実施形態の圧電振動部品31では、ケース基板32において、上記実施形態のケース基板2と同様に、コーナー部分A〜Dに、電極が同様にして形成されている。ここでは、コーナー部分Bに第1の端子電極33が、コーナー部分Cに第2の端子電極34が形成されており、コーナー部分A,Dに、それぞれ、ダミー電極35,36が形成されている。そして、本実施形態では、第1,第2の端子電極33,34にそれぞれ一端が電気的に接続される第1,第2の引回し電極37,38、がいずれも十分な長さを有するように形成されている。これは、圧電振動子41が、一端側及び他端側で支持されていることによる。
より具体的には、ケース基板32は、矩形の平面形状を有し、該矩形の平面形状は、対向し合う第1,第2の短辺32a,32bと、対向し合う第1,第2の長辺32c,32dとを有する。そして、第1の端子電極33が、第1の短辺32a側に寄せられて配置されており、第1の導電性保持部材39が第2の短辺32b側に寄せられて配置されている。従って、第1の端子電極33と第1の導電性保持部材39とを電気的に接続している第1の引回し電極38が十分な長さを有する。同様に、第2の端子電極34は、第2の短辺32bのコーナー部分に形成されており、第2の導電性保持部材40が第1の短辺32a側に寄せられて配置されているので、第2の引回し電極38は、第1の実施形態の場合と同様に、十分な長さを有するように形成されている。
そして、圧電振動子41は、第1,第2の導電性保持部材39,40の上方に第1,第2の端子電極45,46を有する。なお、第1の端子電極45は、圧電板42の上面から側面上を経て下面に至っている。この第1の端子電極45の圧電板42の下面に至っている部分が第1の導電性保持部材39の上面に接合され、両者が電気的に接続される。
なお、圧電振動子41においても、圧電板42は厚み方向に分極されており、上面に第1の振動電極43が、下面に第2の振動電極(図示されず)が形成されている。そして、第1,第2の端子電極45,46はそれぞれ、第1,第2の振動電極に電気的接続されている。第2の実施形態の圧電振動部品31では、上記のように圧電振動子41の支持構造が異なっており、かつそれに伴って第1の引回し電極37の長さと、第1の導電性保持部材39の位置とが異なっていることを除いては、第1の実施形態と同様である。すなわち、接着剤層18及びキャップ17については、第1の実施形態の説明を援用することにより、省略する。
本実施形態においても、第2の引回し電極38が十分な長さを有するため、第2の導電性保持部材40を経由して漏洩してきた振動が、第2の引回し電極38を伝搬する間に減衰する。加えて、第1の引回し電極37においても、漏洩してきた振動が十分に減衰することとなる。よって、第2の実施形態では、第1,第2の引回し電極37,38の双方により振動が減衰することとなるため、より一層良好な共振特性等を得ることができる。
また、本実施形態においても、接着剤層18は、振動を減衰させる樹脂層を兼ねており、接着剤層18は、第1,第2の引回し電極37,38の一部を覆うように形成されている。
もっとも、第1の実施形態の場合と同様に、接着剤層18と別に、振動を減衰させるための樹脂層を、第1,第2の引回し電極の少なくとも一方の少なくとも一部を覆うように形成してもよい。
なお、図1に示した実施形態では、引回し電極8の長さが長くされていたが、図7に示す変形例の圧電振動部品51のように、第1の引回し電極7もまた、第2の短辺2b側に向かって延ばされて長くされてもよい。ここでは、第2の短辺2bと、第1の長辺2cとのコーナー部分に端子電極3が配置され、該端子電極3に、引回し電極7が電気的に接続される。従って、第1の短辺2aと第1の長辺2cとのなすコーナー部分Bには、ダミー電極6が形成されている。
その他の点については、圧電振動部品51は、圧電振動部品1と同様である。このように、全ての端子電極が、圧電基板の1つの辺に寄せられて形成されてもよい。
第1,第2の実施形態では、圧電板の第1,第2の主面に部分的に第1,第2の振動電極が形成された圧電振動子を用いたが、他の形態の圧電振動子を用いてもよい。すなわち、本発明においては、エネルギー閉じ込め型の様々な圧電振動子を用いることができる。

Claims (4)

  1. 上面及び下面を有する基板と、
    前記基板の上面に保持された圧電振動子と、
    前記基板の一端側において基板の上面に前記圧電振動子を保持するように、前記基板と前記圧電振動子とを連結しており、かつ前記圧電振動子に電気的に接続されている導電性保持部材と、
    前記基板の他端側に寄せられて設けられた端子電極と、
    前記導電性保持部材と前記端子電極とを結ぶように前記基板の上面に設けられた引き回し電極とを有し、
    前記基板上に搭載された前記圧電振動子を囲繞するように、前記基板に接着剤により固定されており、かつ前記基板側に開いた開口を有するキャップと、
    前記引き回し電極の少なくとも一部を覆うように、前記基板の上面に形成された樹脂層とをさらに備え、
    前記接着剤の一部が前記樹脂層を兼ねていることを特徴とする、圧電振動部品。
  2. 前記導電性保持部材により、前記圧電振動子が前記基板の上面において片持ち梁で保持されている、請求項1に記載の圧電振動部品。
  3. 前記基板が、対向し合う第1,第2の辺と、対向し合う第3,第4の辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記導電性保持部材が前記第1の辺側に寄せられて配置されており、前記端子電極が前記第2の辺側に寄せられて形成されている、請求項2に記載の圧電振動部品。
  4. 前記基板が、対向し合う第1,第2の辺と、対向し合う第3,第4の辺とを有する矩形の平面形状を有し、前記導電性保持部材が、前記第1の辺側に寄せられた第1の導電性保持部材と、前記第2の辺側に寄せられて配置された第2の導電性保持部材とを有し、
    前記圧電振動子が、前記第1,第2の導電性保持部材により前記基板の上面に保持されており、
    前記端子電極が、前記第2の辺側に寄せられて配置された第1の端子電極と、
    前記第1の辺側に寄せられて配置された第2の端子電極とを有し、
    前記引回し電極が第1,第2の引回し電極を有し、前記第1の導電性保持部材と前記第1の端子電極とが前記第1の引回し電極により電気的に接続されており、かつ前記第2の導電性保持部材と前記第2の端子電極とが前記第2の引回し電極により電気的に接続されている、請求項1に記載の圧電振動部品。
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