JP5533135B2 - パッケージ、圧電振動子及び圧電発振器 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を用いた圧電振動子に関する。

水晶振動子等の圧電振動子は、一般的に、パッケージ内に圧電素子が収容されて構成される。パッケージの外面に外部接続電極が設けられ、外部接続電極はパッケージ内の電極に電気的に接続される。圧電素子の電極がパッケージ内の電極に接続された状態で圧電素子はパッケージ内に収容される。

圧電素子は２つの電極を有しており、導電性接着剤によりパッケージ内の２つの電極に接続される。導電性接着剤で電極を接続するには、まず、パッケージ内の電極に導電性接着剤をディスペンサで一定量塗布し、塗布した導電性接着剤の上に圧電素子の電極を載せてから導電性接着剤を硬化させる。すなわち、圧電素子の電極とパッケージ内の電極との間に導電性接着剤が配置された状態で、圧電素子はパッケージ内に収容される。

このように、導電性接着剤により圧電素子の電極とパッケージ内の電極とを接合する場合、導電性接着剤が他の部分に流れ出したりはみだしたりして短絡が生じたり、振動子の発振周波数が変化してしまうといった問題が生じるおそれがある。

そこで、セラミック容器の内壁に凹部を形成し、凹部内にセラミック基板の一端を嵌合して固定した圧電発振器用パッケージが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この圧電発振器用パッケージでは、セラミック基板にスルーホールが形成され、スルーホールに導電性接着剤を充填することで、セラミック基板をセラミック容器に固定している。

また、導電性接着剤で接合する部分と接合しない部分との間に凹部又は貫通孔を設け、はみだした導電性接着剤を凹部又は貫通孔で吸収する構造の圧電基板が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、プリント配線板に実装部品を実装する構造において、プリント基板に形成したスルーホールに導電性ペーストを充填し、導電ペーストに実装部品の端子を挿入して実装することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、支持台から延在する複数の支持板にスリットを設け、このスリットに圧電基板の端辺部を嵌め込んで固定する構造の圧電振動子が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。

特開２０００−１２４７６１号公報 特開２００７−２８８６４４号公報 特開平８−１８１４０７号公報 特開平７−６６６７０号公報

パッケージ側の電極上に導電性接着剤をディスペンサにより塗布する場合、ディスペンサのノズルの先端から液状の導電性接着剤を電極上に滴下することとなる。このとき、導電性接着剤の滴下量と滴下位置にはばらつきが生じることがある。図１はパッケージ内の２つの電極に導電性接着剤をディスペンサにより滴下した状態を示す平面図である。ディスペンサによる滴下量及び滴下位置のばらつきにより、パッケージ２内の２つの電極４−１，４−２上の導電性接着剤６の大きさ及び位置が大きく異なることがわかる。

図１に示すように導電性接着剤６の位置や量が２つの電極４−１，４−２で異なっていると、圧電素子の発振周波数が不安定となったり、発振しなくなったりする不具合が発生するおそれがある。例えば、導電性接着剤６の硬化に伴い圧電素子に発生する応力分布が一様でなくなり、発振周波数特性が変化してしまうおそれがある。また、導電性接着剤６のエージングに伴い圧電素子に発生する応力分布が変化し、発振周波数特性が変化してしまうおそれがある。

そこで、ディスペンサにより導電性接着剤を塗布した場合に、導電性接着剤の滴下量と滴下位置にばらつきがあっても、圧電素子の電極と導電性接着剤が接触する位置が一定で、接触面積も一定となるような取り付け構造とすることが好ましい。

一実施形態によれば、圧電素子を収容するパッケージであって、前記圧電素子の電極が挿入される互いに分離された複数の空間を有するガイド部を備え、前記空間の上面に、前記空間内に導電性接着剤を充填するための貫通孔が設けられ、前記複数の空間の各々は、前記ガイド部の側面に開口した溝であり、該溝は前記圧電素子の電極が形成された接続電極部に対応した形状であり、前記溝の深さは前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されており、前記ガイド部の前記側面から前記貫通孔までの距離は、前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されているパッケージが提供される。

他の実施形態によれば、複数の接続電極部を有する圧電素子と、互いに分離された複数の空間を有するガイド部を備え、前記空間の上面に、前記空間内に導電性接着剤を充填するための貫通孔が設けられ、前記複数の空間の各々は、前記ガイド部の側面に開口した溝であり、該溝は前記圧電素子の電極が形成された接続電極部に対応した形状であり、前記溝の深さは前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されており、前記ガイド部の前記側面から前記貫通孔までの距離は、前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されているパッケージと、前記ガイド部の空間内に収容された導電性接着剤とを有し、前記圧電素子の前記接続電極部は、前記ガイド部の前記複数の空間にそれぞれ挿入されて前記導電性接着剤により固定されている圧電振動子が提供される。

さらに他の実施形態によれば、上述の圧電振動子と、前記パッケージ内に収容され、前記圧電素子に電気的に接続されて前記圧電素子を駆動するためのＩＣとを有する圧電発振器が提供される。

圧電振動子の接続電極のうち、導電性接着剤と接触する部分は、導電性接着剤が充填された空間内に入り込んだ部分だけとなり、導電性接着剤の供給充填量にばらつきがあっても、圧電素子の電極と導電性接着剤が接触する位置は一定で、接触面積も一定となる。これにより、安定した圧電素子の性能を得ることができる。

パッケージ内の２つの電極に導電性接着剤をディスペンサにより滴下した状態を示す平面図である。 第１実施形態による圧電振動子の断面図である。 セラミックパッケージの本体部の斜視図である。 水晶振動子の斜視図である。 水晶振動子の平面図である。 セラミックパッケージの本体部の製造方法の一例を示す分解斜視図である。 セラミックパッケージの本体部に水晶振動子を取る付ける工程を示す図である。 図７（ｂ）に示す状態の本体部と水晶振動子とを示す斜視図である。 貫通孔内の導電性接着剤にプローブを接触させて電気的コンタクトをとることを示す図である。 貫通孔の周囲に試験用電極を有する本体部の平面図である。 水晶振動子の変形例の側面図である。 第２実施形態による圧電発振器の断面図である。 水晶発振器の用途を説明するための図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明の第１実施形態による圧電振動子の断面図である。本発明の一実施形態による圧電振動子は、セラミックパッケージ１０と、パッケージの一例としてのセラミックパッケージ１０の内部に収容された圧電素子の一例である水晶振動子２０とを有する。セラミックパッケージ１０は内部空間を有する箱形の本体部１２と、本体部１２の内部空間を閉鎖するための蓋部１４とを含む。本体部１２の底面１２ａには、圧電振動子を回路基板に実装するための外部電極１２−１，１２−２が形成されている。

図３はセラミックパッケージ１０の本体部１２の斜視図である。本体部１２の一辺側の内壁は厚くなって振動子取付部１２ｂが形成されており、振動子取付部１２ｂに２つの溝１２ｃが形成されている。溝１２ｃには、後述のように水晶振動子２０の２つの接続電極部がそれぞれ挿入され、且つ貫通孔１２ｄを通じて導電性接着剤１６が溝１２ｃに充填される。すなわち、２つの溝１２ｃは、水晶振動子２０の２つの接続電極部がそれぞれ挿入される互いに分離された空間を形成している。したがって、互いに分離された複数の空間として２つの溝１２ｃが形成された振動子取付部１２ｂは、水晶振動子２０の固定位置をガイドするためのガイド部として機能する。

溝１２ｃの導電性接着剤１６が充填される部分と外部接続電極１２−１との間には、スルーホール１２ｅが形成されている。したがって、水晶振動子２０の一方の接続電極部に形成された接続電極は、溝１２ｃ内に充填された導電性接着剤１６とスルーホール１２ｅとを介して、外部接続電極１２−１に電気的に接続される。また、水晶振動子２０の他方の接続電極部に形成された接続電極は、溝１２ｃ内に充填された導電性接着剤１６とスルーホール１２ｅと本体部１２の底面１２ａ又は本体部１２の内部に形成された配線パターン（図示せず）とを介して、外部接続電極１２−２に電気的に接続される。

なお、本体部１２の内部の底面には、仕切り部１２ｆが形成されている。仕切り部１２ｆは、後述のように溝１２ｃに導電性接着剤１６を充填する際に、導電性接着剤１６が溝１２ｃからあふれ出たときの２つの溝１２ｃ内の導電性接着剤１６の短絡を防止するために設けられる。導電性接着剤１６が両方の溝１２ｃからあふれ出ると、あふれ出た導電性接着剤１６は振動子取付部１２ｂの側壁を流れて、本体部１２の内部の底面に溜まる。両方の溝１２ｃからあふれ出た導電性接着剤１６が、本体部１２の内部の底面で広がり、互いに接触すると、二つの溝１２ｃに充填された導電性接着剤１６が電気的に短絡してしまう。そこで、本体部１２の内部の底面から突出した仕切り部１２ｆを設け、底面まで流れた導電性接着剤１６を隔離しておくことで、上述の短絡を防止する。

ここで、水晶振動子２０について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は水晶振動子２０の斜視図であり、図５は水晶振動子２０の平面図である。水晶振動子２０は、長方形の水晶片２２と、水晶片２２の一辺側から延出した２つの接続電極部２４−１，２４−２とを含む。水晶片２２の対向する面（表側及び裏側）には、一対の駆動電極２６−１，２６−２が形成されている。駆動電極２６−１，２６−２に振動電圧を印加することで水晶片２２を発振させる。水晶片２２には特にどちらの面が表側であるという規定は無いが、ここでは便宜上、駆動電極２６−１が形成された面を表側としている。

接続電極部２４−１，２４−２の各々は平坦な短冊形状であり、その表面に接続電極が形成されている。接続電極は接続電極部２４−１，２４−２の表面全体に形成されることが好ましいが、少なくとも接続電極部２４−１，２４−２の端面と、表側の面又は裏側の面とに形成されていればよい。図４において、接続電極２４−１ａが接続電極部２４−１の端面に形成された電極であり、接続電極２４−２ａが接続電極部２４−２の端面に形成された電極である。接続電極２４−１ａは、接続電極部２４−１の表側の面に形成された接続電極２４−１ｂに繋がっており、接続電極２４−２ａは、接続電極部２４−２の裏側の面に形成された接続電極２４−２ｂに繋がっている。

接続電極部２４−１の表側の面に形成された接続電極２４−１ａは、導電接続部２４−１ｃにより水晶片２２の表側の面に形成された駆動電極２６−１に電気的に接続される。したがって、接続電極部２４−１の端面に形成された接続電極２４−１ａは、接続電極２４−１ｂ及び導電接続部２４−１ｃを介して駆動電極２６−１に電気的に接続されている。一方、接続電極部２４−２の裏側の面に形成された接続電極２４−２ａは、導電接続部２４−２ｃにより水晶片２２の裏側の面に形成された駆動電極２６−２に電気的に接続される。したがって、接続電極部２４−２の端面に形成された接続電極２４−２ａは、接続電極２４−２ｂ及び導電接続部２４−２ｃを介して駆動電極２６−２に電気的に接続されている。

以上のような構成に電極を形成することで、接続電極部２４−１，２４−２の接続電極２４−１ａ，２４−２ａに駆動電圧を印加すれば、駆動電圧は駆動電極２６−１，２６−２に伝わり、水晶片２２を発振させることができる。

なお、電極を形成する前の水晶振動子２０は、水晶素板の外形を図５に示すような形状に加工してから、水晶片２２の部分を、所定の振動数の発振となるような厚みになるように研磨加工することで形成される。

次に、セラミックパッケージ１０の本体部１２の形成方法について説明する。図６はセラミックパッケージ１０の本体部１２の製造方法の一例を示す分解斜視図である。

セラミックパッケージ１０の本体部１２は、所定の形状に形成したセラミックシートを積層して焼結することで形成することができる。図６に示す例では、底板となるセラミックシート１２−１の上に、内部配線パターンが形成されたセラミックシート１２−２を積層する。そして、セラミックシート１２−２の上に、仕切り部１２ｆとなる部分が形成されたセラミックシート１２−３を積層する。次に、内部空間となる部分と２つの溝１２ｃとなる部分が形成されたセラミックシート１２−４をセラミックシート１２−３の上に積層する。続いて、内部空間となる部分及び貫通孔１２ｂとなる部分が形成されたセラミックシート１２−５をセラミックシート１２−４の上に積層する。最後に本体部１２の上縁となるセラミックシート１２−６をセラミックシート１２−５の上に積層する。以上のようにして形成したセラミックシート１２−１〜１２−６の積層体を加熱して焼結することで、図３に示す形状の本体部１２が形成される。

次に、本体部１２に水晶振動子２０を取る付ける工程について、図７を参照しながら説明する。図７は本体部１２に水晶振動子２０を取る付ける工程を示す図である。

まず、図７（ａ）に示すように、セラミックパッケージ１０の本体部１２を準備する。そして、図７（ｂ）に示すように上述の水晶振動子２０の接続電極部２４−１，２４−２を、本体部１２の二つの溝１２ｃにそれぞれ挿入し、水晶振動子２０を本体部１２の内部空間に収容する。接続電極部２４−１，２４−２を、本体部１２の２つの溝１２ｃにそれぞれ挿入していくと、接続電極部２４−１，２４−２の根本付近の幅は広くなっているので、接続電極部２４−１，２４−２根本付近からそれ以上は挿入できなくなる。

図７（ｂ）に示す状態は、水晶振動子２０の接続電極部２４−１，２４−２をそれ以上挿入できなくなった状態であり、完全に挿入された状態である。なお、図８は図７（ｂ）に示す状態の本体部１２と水晶振動子２０とを示す斜視図である。この状態において、水晶振動子２０の接続電極部２４−１，２４−２の端面（すなわち、接続電極２４−１ａ，２４−２ａが形成された端面）は、溝１２ｃの底面（図７における溝１２ｃの左側の内面）には到達せず、接続電極部２４−１，２４−２の端面と溝１２ｃの底面との間に空間ができるように設定されている。そして、溝１２ｃの上側に設けられた貫通孔１２ｄは、上記空間に連通する位置に形成されている。

図７（ｂ）に示す状態となったら、貫通孔１２ｃを通じて液状の導電性接着剤１６を上述の空間に充填する。このとき、接続電極部２４−１，２４−２は溝１２ｃ内において水晶振動子２０の自重により傾いており、接続電極部２４−１，２４−２の先端部は溝１２ｃの上面に接触している。このため、導電性接着剤１６は溝１２ｃの上面に沿って流れることはない。また、接続電極部２４−１，２４−２は溝１２ｃ内において水晶振動子２０の自重により傾いており、接続電極部２４−１，２４−２の根本付近は溝１２ｃの下面に接触している。このため、溝１２ｃの下面に沿って流れてきた導電性接着剤１６は、接続電極部２４−１，２４−２の根本付近で止められ、それ以上流れることはない。したがって、溝１２ｃの奥に注入された導電性接着剤１６は溝１２ｃ内に保持され、溝１２ｃの開口部から流れ出ることは無い。

以上のようにして導電性接着剤１６を溝１２ｃに充填したら、導電性接着剤１６を加熱硬化させる。これにより、水晶振動子２０は本体部１２の内部で機械的に固定される。同時に、接続電極部２４−１，２４−２の端面に形成された接続電極２４−１ａ，２４−２ａは、導電性接着剤１６とスルーホール１２ｅとを介して外部接続電極１２−１，１２−２に電気的に接続される。

ここで、導電性接着剤１６により水晶振動子２０を固定した状態で、水晶振動子２０の動作を試験する際には、図９に示すように、貫通孔１２ｄ内で硬化した導電性接着剤１６にプローブを接触させて電気を流し、電気的試験を行なうことができる。

また、図１０に示すように、貫通孔１２ｄの周囲に試験用電極１８を形成しておき、貫通孔１２ｄ内の導電性接着剤１６が試験用電極１８に接触しているように導電性接着剤１６を供給しておくこととしてよい。これにより、図９に示すプローブを小さな貫通孔１２ｄではなく試験用電極１８に容易に接触させながら、水晶振動子２０の電気的試験を行なうことができる。

なお、接続電極部２４−１，２４−２の厚みは、溝１２ｃの高さより僅かに小さく設定されている。これにより、水晶振動子２０は僅かに傾いて固定される。ところが、水晶振動子２０の水晶片２２の厚さを調整することで発振周波数が調整される。上述の実施形態では、接続電極部２４−１，２４−２の厚みは、水晶片２２の厚みと同じであり、水晶振動子２０の全体は一様な厚みとなっている。したがって、水晶片２２の厚さが減少すると、接続電極部２４−１，２４−２の厚みも減少するが、溝１２ｃの寸法誤差等の関係から、接続電極部２４−１，２４−２をあまり薄くすることができない場合がある。例えば、接続電極部２４−１，２４−２が非常に薄くなると、溝１２ｃの寸法誤差が相対的に大きくなり、本体部１２に取り付けた際の水晶振動子２０の傾きが大きくなる場合がある。この場合、傾いた水晶振動子２０が本体部１２の内部空間の底面、あるいは仕切り部１２ｆに接触してしまうおそれがある。そこで、図１１に示すように、接続電極部２４−１，２４−２の厚みはある程度確保しておき、水晶片２２のみの厚みが薄くなるように、水晶振動子２０を形成してもよい。

次に、第２実施形態による圧電発振器について説明する。

図１２は第２実施形態による圧電発振器の一例である水晶発振器の断面図である。図１２において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

水晶発振器は、上述の水晶振動子と同じ構成を有しており、セラミックパッケージ１０の本体部１２の中に発振回路を含むＩＣ５０が収容されている点が異なる。ＩＣ５０は、水晶振動子２０の下側の本体部１２の内部の底面上に搭載される。

本体部１２の内部の底面には配線（図示せず）が形成されており、その配線はＩＣ５０の電極に接続される。また、配線は本体部１２内の配線５２を介して、外部接続端子１２−１，１２−２に接続される。また、ＩＣ５０の電極は配線５２及びスルーホール１２ｅを介して導電性接着剤１６に電気的に接続される。

以上のように、本実施形態による圧電発振器は、圧電振動子のパッケージ内にＩＣを設け、ＩＣへの配線をパッケージ内に形成したものである。

以上のような構成の水晶発振器６０は、図１３に示すように、電子回路を構成する素子の一つとしてプリント板６２に搭載され、パーソナルコンピュータ、ハードディスク装置、携帯電話機等の電子機器に組み込まれる。

以上のように、本明細書は以下の事項を開示する。
（付記１）
圧電素子を収容するパッケージであって、
前記圧電素子の電極が挿入される複数の空間を有するガイド部を備え、
前記ガイド部の複数の空間は、互いに分離されているパッケージ。
（付記２）
付記１記載のパッケージであって、
前記空間の上面に貫通孔が設けられ、該貫通孔を通して導電性接着剤が前記空間内に充填されるパッケージ。
（付記３）
付記２記載のパッケージであって、
前記圧電素子を収容する空間の内部の底面に、該底面から突出して延在する仕切り部が設けられているパッケージ。
（付記４）
付記２記載のパッケージであって、
前記複数の空間の各々は、前記ガイド部の側面に開口した溝であり、該溝は前記圧電素子の電極が形成された接続電極部に対応した形状であるパッケージ。
（付記５）
付記４記載のパッケージであって、
前記溝の深さは前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されており、前記ガイド部の前記側面から前記貫通孔までの距離は、前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されているパッケージ。
（付記６）
複数の空間を有するガイド部を備えたパッケージと、
複数の接続電極部を有する圧電素子と、
前記ガイド部の空間内に収容された導電性接着剤と
を有し、
前記圧電素子の前記接続電極部は、前記ガイド部の前記複数の空間にそれぞれ挿入されて前記導電性接着剤により固定されている圧電振動子。
（付記７）
付記６記載の圧電振動子であって、
前記ガイド部は、前記複数の空間にそれぞれ繋がる複数の貫通孔を有する圧電振動子。
（付記８）
付記７記載の圧電振動子であって、
前記圧電素子の前記接続電極部の先端面に、前記圧電素子を駆動するための駆動電極が接続された接続電極が形成されている圧電振動子。
（付記９）
付記８記載の圧電振動子であって、
前記圧電素子が収容された空間の内部の底面に、該底面から突出して延在する仕切り部が設けられている圧電振動子。
（付記１０）
付記８記載の圧電振動子であって、
前記複数の空間の各々は、前記ガイド部の側面に開口した溝であり、該溝は前記圧電素子の前記接続電極部に対応した形状である圧電振動子。
（付記１１）
付記１０記載の圧電振動子であって、
前記溝の深さは前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されており、前記ガイド部の前記側面から前記貫通孔までの距離は、前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されているパッケージ。
（付記１２）
付記６乃至１１のうちいずれか一項記載の圧電振動子と、
前記パッケージ内に収容され、前記圧電素子に電気的に接続されて前記圧電素子を駆動するためのＩＣと
を有する圧電発振器。

１０ セラミックパッケージ
１２ 本体部
１２ａ 底面
１２ｂ 振動子取付部
１２ｃ 溝
１２ｄ 貫通孔
１２ｅ スルーホール
１２ｆ 仕切り部
１２−１，１２−２ 外部接続端子
１４ 蓋部
１６ 導電性接着剤
２０ 水晶振動子
２２ 水晶片
２４−１，２４−２ 接続電極部
２４−１ａ，２４−１ｂ，２４−２ａ，２４−２ｂ 接続電極
２４−１ｃ，２４−２ｃ 導電接続部
５０ ＩＣ
５２ 配線
６０ 水晶発振器
６２ プリント板６２

Claims (6)

1. 圧電素子を収容するパッケージであって、
   前記圧電素子の電極が挿入される互いに分離された複数の空間を有するガイド部を備え、
   前記空間の上面に、前記空間内に導電性接着剤を充填するための貫通孔が設けられ、
   前記複数の空間の各々は、前記ガイド部の側面に開口した溝であり、該溝は前記圧電素子の電極が形成された接続電極部に対応した形状であり、
   前記溝の深さは前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されており、前記ガイド部の前記側面から前記貫通孔までの距離は、前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されているパッケージ。
2. 請求項１記載のパッケージであって、
   前記圧電素子を収容する空間の内部の底面に、該底面から突出して延在する仕切り部が設けられているパッケージ。
3. 複数の接続電極部を有する圧電素子と、
   互いに分離された複数の空間を有するガイド部を備え、
   前記空間の上面に、前記空間内に導電性接着剤を充填するための貫通孔が設けられ、
   前記複数の空間の各々は、前記ガイド部の側面に開口した溝であり、該溝は前記圧電素子の電極が形成された接続電極部に対応した形状であり、
   前記溝の深さは前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されており、前記ガイド部の前記側面から前記貫通孔までの距離は、前記圧電素子の前記接続電極部の長さより長く設定されているパッケージと、
   前記ガイド部の空間内に収容された導電性接着剤と
   を有し、
   前記圧電素子の前記接続電極部は、前記ガイド部の前記複数の空間にそれぞれ挿入されて前記導電性接着剤により固定されている圧電振動子。
4. 請求項３記載の圧電振動子であって、
   前記圧電素子の前記接続電極部の先端面に、前記圧電素子を駆動するための駆動電極が接続された接続電極が形成されている圧電振動子。
5. 請求項４記載の圧電振動子であって、
   前記圧電素子が収容された空間の内部の底面に、該底面から突出して延在する仕切り部が設けられている圧電振動子。
6. 請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の圧電振動子と、
   前記パッケージ内に収容され、前記圧電素子に電気的に接続されて前記圧電素子を駆動するためのＩＣと
   を有する圧電発振器。

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