JP5776854B2 - 圧電振動部品 - Google Patents

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Description

本発明は、第1,第2のパッケージ材で構成されている内部の封止空間に圧電振動素子が配置されている圧電振動部品に関し、特に、圧電振動素子が導電性接着剤部によりパッケージ材に接合されている、圧電振動部品に関する。
従来、パッケージ内の封止空間に圧電振動素子を収納してなる圧電振動部品が種々提案されている。
例えば、下記の特許文献1には、パッケージ内の内部空間に水晶振動素子が収納されている水晶振動デバイスが開示されている。ここでは、水晶振動素子がパッケージの接続電極に導電性接着剤により接合されており、かつ片持ち梁で支持されている。特許文献1では、水晶振動素子の導電性接着剤と接合される電極部分は、Cr膜、Au膜及びCr膜をこの順序で積層した積層構造を有する。
他方、下記の特許文献2には、パッケージ内に圧電振動素子が収納されている圧電振動装置が開示されている。特許文献2では、圧電振動素子の導電性接着剤と接合される主面に形成されている電極が、下地金属層と、Au膜と、Cr、Niもしくはニクロムからなる表面金属膜とをこの順序で積層した構造を有する。圧電振動素子の他方側の面に形成される励振電極及び識別電極は、下地金属層と、下地金属層上に積層されたAu膜とからなる。
特許第3925199号 特許第4066614号
特許文献1や特許文献2では、圧電振動素子や水晶振動素子の電極の最表層をCr膜で構成することにより、導電性接着剤による接合強度の向上を図られている。しかしながら、Cr膜は積層金属膜の一部であり、通常0.5〜5nm程度の厚みの薄膜である。そのため、このようなCr膜の有無を判別することが難しい。従って、圧電振動素子をパッケージ基板に誤って導電性接合材と接合される裏面側を上面として実装した場合、このような実装不良を判別することが困難であった。誤って導電性接合材に対する接合力が低い面がパッケージ基板側に位置するように実装されると、接合強度が低下するおそれがある。
また、上記パッケージ基板と反対側に位置する圧電振動子の主面には、イオンビーム照射等により周波数調整を行うことが多い。上記のように圧電振動素子の表裏を誤って実装した場合、特に、導電性接着剤に対する接合強度が高いCr膜等が最表面に位置していると、イオンビームによる周波数調整が困難になることがあった。
他方、導電性接着剤と接合される電極部分、すなわち圧電振動素子の導電性接着剤と接合される側の主面における導電性接着剤と接合される電極パッド部のみを、Cr−Au−Crの積層構造とする方法も提案されている。しかしながら、このような方法では、電極形成時に複数のマスクを用意し、交換しなければならない。従って、生産コストが高くつくという問題がある。
本発明の目的は、導電性接着剤により接合される側の主面上の電極において十分な接合強度を得ることができ、しかも導電性接着剤により接合される側の主面と反対側の主面とを容易に判別することができる、圧電振動部品を提供することにある。
本発明に係る圧電振動部品は、第1のパッケージ材と、第2のパッケージ材と、圧電振動素子と、第1の導電性接着剤部と、第2の導電性接着剤部とを備える。第1のパッケージ材には、上面に第1,第2の接続電極が設けられている。第2のパッケージ材は、第1のパッケージ材に接合されており、第1のパッケージ材とともに内部に封止空間を形成している。上記圧電振動素子は、封止空間内に配置されている。圧電振動素子は、対向し合う第1及び第2の主面を有する圧電基板を有する。圧電基板の第1の主面に第1の振動電極が設けられており、第1の振動電極に第1の引き出し電極が電気的に接続されている。圧電基板の第2の主面に第2の振動電極が設けられている。第2の振動電極に第2の引き出しが電気的に接続されている。
第1のパッケージ材に設けられている第1,第2の接続電極と、圧電振動素子の第1,第2の引き出し電極とが、第1,第2の導電性接着剤部によりそれぞれ、電気的に接続されている。また、上記第1,第2の導電性接着剤部は、第1のパッケージ材に上記圧電素子を接合している。
前記圧電基板の前記第2の主面が前記第1のパッケージ材に対向するように配置されており、前記第2の主面に設けられている第2の振動電極及び第2の引き出し電極のうち、少なくとも第2の引き出し電極が、前記第1の引き出し電極よりも導電性接着剤部に対する接合強度が高い金属材料からなる。
また、前記第2の主面上の第2の振動電極及び第2の引き出し電極からなる第2の電極形状と、第1の主面上の第1の振動電極及び第1の引き出し電極からなる第1の電極形状とが判別し得るように異なっている。
本発明に係る圧電振動部品のある特定の局面では、前記圧電基板の第1の主面及び第2の主面のうち少なくとも一方に、第1の主面または第2の主面であることを識別するための識別マークが設けられている。
本発明に係る圧電振動部品の他の特定の局面では、前記第1の引き出し電極と前記第2の引き出し電極の形状が異なっている。この場合には、第1,第2の振動電極の形状を異ならせる必要がなく、かつ他の識別マークを付与する必要がない。従って、安価にかつコストを増加させることなく、本発明の圧電振動部品を得ることができる。
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、圧電基板が水晶基板である。水晶基板は透明であるため、平面視方向において、水晶基板の第1及び第2の主面に設けられた電極形状を判別することが難しい。しかしながら、本発明によれば、上記のように判別可能なように第1の電極形状と、第2の電極形状とが異なっているため、水晶基板を用いた場合であっても、圧電振動素子の表面及び裏面の判別を容易に行うことができる。
本発明に係る圧電振動部品のさらに別の特定の局面では、前記第1のパッケージ材が板状のパッケージ基板であり、第2のパッケージ材が下方に開いた開口を有するキャップ材からなる。
本発明に係る圧電振動部品のさらに別の特定の局面では、前記パッケージ基板が、単層セラミックス層からなるセラミック基板である。
本発明に係る圧電振動部品のさらに別の特定の局面では、上記第1,第2の導電性接着剤部がエポキシ樹脂を主成分とする。
本発明に係る圧電振動部品では、第1の主面上の第1の電極形状と、第2の主面上の第2の電極形状とが判別し得るように異なっているため、第1の主面と第2の主面とを容易にかつ確実に判別することができる。従って、導電性接着剤による接合強度に優れた金属材料により少なくとも第2の引き出し電極が構成されている第2の主面側を第1のパッケージ材に対向するように確実に配置して、圧電振動素子を第1,第2の導電性接着剤部により接合することができる。よって、接合強度に優れ、かつイオンビーム等による周波数調整を第1の主面側において容易に行い得る圧電振動部品を提供することができる。
図1(a)及び図1(b)は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動部品の圧電素子の第2の主面上の電極構造及び圧電基板を透かして見た第1の主面上の電極構造を示す各模式的平面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動部品の正面断面図である。 図3は、第1の実施形態に圧電振動部品で用いられている第1のパッケージ材としてのパッケージ基板の平面図である。 図4(a)及び図4(b)は、それぞれ、第1の引き出し電極及び第2の引き出し電極における積層金属膜の構造を示す模式的部分拡大正面断面図である。 図5(a)及び図5(b)は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動部品における圧電素子の第2の主面及び第1の主面上の電極構造を示す各模式的平面図である。 図6は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動部品の要部を示す部分切欠拡大正面断面図であり、図5のB1−B1及びB2−B2線に沿う部分に相当する断面を示す図である。
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2は、本発明の第1の実施形態に係る圧電振動部品の正面断面図である。
圧電振動部品1は、第1のパッケージ材としてのパッケージ基板2を有する。パッケージ基板2は、本実施形態では、単層の絶縁性セラミック層からなる。もっとも、パッケージ基板2は複数のセラミック層を積層してなる積層セラミック基板により構成されていてもよい。
パッケージ基板2の上面には、図3に示すように、接続電極3,4が形成されている。接続電極3,4には、図3に破線で示すビアホール電極5,6の上端が接続されている。
図2に示すように、ビアホール電極5の他端はパッケージ基板2の下面に至っている。そして、パッケージ基板2の下面に外部電極7が形成されている。特に図示はしないが、ビアホール電極6の下端も図示しない外部電極に電気的に接続されている。
接続電極3,4と外部電極はスルーホール電極以外の基板側面電極などで接続されていてもよい。
上記接続電極3,4、ビアホール電極5,6及び外部電極7は、適宜の金属により構成することができる。もっとも、後述する導電性接着剤との接合強度を高めるためには、接続電極3,4は、最外層がCr、Niまたはニクロムなどの導電性接着剤に対する接合強度に優れた金属からなることが望ましい。
図2に示すように、パッケージ基板2上に第2のパッケージ材としてのキャップ8が接合されている。キャップ8の材料は、特に限定されないが、本実施形態では金属からなる。キャップ8を構成する金属は、特に限定されず、42アロイCu、Al等を用いることができる。キャップ8は接合材9によりパッケージ基板2の上面に接合されている。それによって、パッケージ基板2とキャップ8との間に封止空間10が形成されている。前述した接続電極3,4は、封止空間10内に位置している。
図2に示すように、パッケージ基板2上には、圧電振動素子11が搭載されている。圧電振動素子11は、本実施形態では、水晶基板からなる圧電基板12を有する。圧電基板12は、上面である第1の主面12aと、下面である第2の主面12bとを有する。第1の主面12aと第2の主面12bとが対向し合っている。図1(a)に示すように、圧電基板12の第1の主面12a上には、第1の振動電極13が形成されている。第1の振動電極13に第1の引き出し電極14が連ねられている。すなわち、第1の振動電極13に第1の引き出し電極14が電気的に接続されている。
第1の主面12aは、略矩形の形状を有する。より具体的には、長辺12c,12dと対向し合う短辺12e,12fとを有する。
第1の振動電極13は、一対の長辺12c,12d及び一対の短辺12e,12fには至らず、中央領域に形成されている。
他方、第1の引き出し電極14は、長辺12cと短辺12eとの成すコーナー部分に至るように設けられている。より詳細には、第1の引き出し電極14は長辺12cの一部と、短辺12eの一部に至るように分けられている。
図1(b)で示すように、第2の主面12bには、第2の振動電極15が形成されている。第2の振動電極15は、第1の振動電極13と圧電基板12を介して概ね重なり合うような形状とされている。
他方、第2の振動電極15に電気的に接合されるように第2の引き出し電極16が形成されている。第2の引き出し電極16は、前述した第1の引き出し電極14が設けられているコーナー部とは上記第1の主面12aの短辺12eの反対側端面に位置するコーナー部に設けられている。もっとも、第2の引き出し電極16は、長辺12d側には至っていない。すなわち、第2の引き出し電極16のコーナー部に向って延びている側辺16aは、引き出し電極16の内側からコーナー部の頂点に向って直線状に延びている。従って、第2の引き出し電極16は、第1の主面12aの長辺12dを下方に投影した長辺12d1には至っていない。
他方、第2の主面12bにおいては、電極パッド17が短辺12eを挟んで上記第1の引き出し電極16とは反対側の位置に設けられている。電極パッド17は、前述した第1の引き出し電極14と圧電基板12を介して重なり合うように設けられている。特に図示はしないが、電極パッド17は、圧電基板12の側面に至り、上面側の第1の引き出し電極14に電気的に接続されている。
上記第1,第2の振動電極13,15及び第1,第2の引き出し電極14,16並びに電極パッド17,19は金属膜により形成されている。もっとも、本実施形態では、導電性接着剤により接合される部分に相当する第2の引き出し電極16及び電極パッド17の導電性接着剤に対する接合強度が残りの電極部分に比べ高くなるように、第2の引き出し電極16及び電極パッド17が形成されている。なお、本実施形態では、第2の引き出し電極16の導電性接着剤に対する上記接合強度が第1の引き出し電極14の導電性接着剤に対する接合強度より高ければよい。すなわち、本実施形態の構成に限定されない。
図4(a)で示すように、第2の引き出し電極16は、下から順に、Cr膜16b、Au膜16c及びCr薄膜16dを積層した構造を有する。電極パッド17も同様である。他方、第1,第2の振動電極13,15及び第1の引き出し電極14,電極パッド19などの残りの電極部分は、図4(b)に示すように、下地金属層21上にAu膜22を積層してなる積層金属膜からなる。
図2に戻り、上記圧電振動素子11は、第1の導電性接着剤部18によりパッケージ基板2に接合されている。また、第1の導電性接着剤部18は、第1の引き出し電極14及び電極パッド17を第1の接続電極3に電気的に接続する機能も果たしている。
第2の振動電極15は、第2の引き出し電極16を通じて図3に示した第2の接続電極4上に付与された第2の導電性接着剤部18Aにより第2の接続電極4に電気的に接続される。また第2の導電性接着剤部18Aによっても、圧電振動素子11がパッケージ基板2に接合されることになる。
上記第1,第2の導電性接着剤部18,18Aについては、エポキシ樹脂に導電性粉末を分散させてなる導電性接着剤を好適に用いることができる。その場合には、接合強度をより一層高めることができる。もっとも、エポキシ樹脂系の導電性接着剤に限らず、シリコーン樹脂などのさまざまな熱硬化性樹脂に導電性フィラーを分散させてなる適宜の導電性接着剤を用いてもよい。また、熱硬化性樹脂に代えて熱可塑性樹脂を用いてもよい。
本実施形態の圧電振動部品1の特徴は、上記圧電振動素子11において第1の主面12a側の第1の電極形状と、第2の主面12b側の第2の電極形状とが平面視した場合異なっていることにある。すなわち、図1(a)で示すように、第1の電極形状は第1の振動電極13と第1の引き出し電極14と電極パッド19とを有する。ここで、第1の引き出し電極14は前述したように、コーナー部において長辺12c及び短辺12eに沿うように設けられている。
電極パッド19は短辺12eに沿うように、但し長辺12dに至らないように設けられている。電極パッド19は必ずしも設けられずともよい。
他方、下面である第2の主面12b上の第2の電極形状は第2の振動電極15と、第2の引き出し電極16と、電極パッド17とを有する。第2の引き出し電極16は、前述した側辺16aがコーナー部に延びている。従って、引き出し電極形状は、第1の電極形状と第2の電極形状とで異なっている。言い換えれば、誤って圧電振動素子11の表裏を反転させた場合であっても、引き出し電極の形状が異なるため、表裏を容易にかつ確実に判別することができる。
なお、本実施形態では、電極パッド17も設けられているため、それによっても、圧電基板12の表裏を判別することができる。もっとも、圧電基板12が水晶基板のように透明性を有する場合、電極パッド17は、第1の主面12a側の第1の引き出し電極14と重なりあうことになる。従って、電極パッド17によって表裏を判別することはできない。この場合においても、本実施形態では、第1の引き出し電極14と第2の引き出し電極16の平面形状が異なっているため、平面視した際に両者が重なりあう形状となっていないため、表裏を確実に判別することができる。なお、第1の電極形状と第2の電極形状は他の部分で異なっていてもよい。
加えて、本実施形態では、導電性接着剤部18で接合される電極パッド17及び第2の引き出し電極16が相対的に導電性接着剤による接合強度が高い金属膜積層構造を有する。
導電性接着剤は、前述したエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などを主成分とし、Ag粉末などの導電性フィラーが充填されている組成を有する。この場合、この主の導電性接着剤は、加熱されると、フィラーの周囲の部分に速く硬化が進み、硬化時に収縮する。他方、導電性接着剤により接合される電極として例えばAuのような金属を用いた場合、Auのような金属には、一般に分子量の小さい物質から先に付着するという性質がある。従って、上記導電性フィラーは、電極表面には付着しがたいと考えられる。従って、導電性接着剤の硬化時に導電性フィラーが電極表面から離れ、間に樹脂部分が形成される可能性がある。その結果、例えば上記構造では、第2の引き出し電極16と第2の接続電極4との導通不良が発生したり、電極パッド17と第1の接続電極3との間の導通不良が発生したりするおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、上記第2の引き出し電極16及び電極パッド17が、すなわち導電性接着剤により接合される部分の電極構造が最表面にCr薄膜を有する積層金属膜からなる。より具体的には、Cr膜16b、Au膜16c及びCr薄膜16dをこの順序で積層した積層金属膜からなる。この場合には、最表面がCr薄膜16dにより構成されているため、導電性接着剤による接合強度を十分に高めることができる。
他方、第1の振動電極13を含む他の電極部分は、本実施形態では、最表面はAu膜22からなる。従って、圧電振動素子12をパッケージ基板2に搭載した状態で、上方からイオンビーム照射等により容易に周波数調整をすることができる。
なお、上記第1の振動電極13を含む残りの電極部分は、Auに限らずイオンビーム照射等により周波数調整可能な適宜の金属により構成することができる。
ところで前述したCr薄膜が最表面に存在する場合、Cr薄膜は薄いため、そのCr薄膜の部分を判別することが困難である。しかしながら、本実施形態では、前述した通り、第1の引き出し電極16と第2の引き出し電極14の形状が異なっているため、容易に表裏を判別することができる。
よって、本実施形態によれば、圧電振動素子12のパッケージ基板2の接合強度を十分に高めることができ、しかも圧電振動素子11の表裏を容易にかつ確実に判別することができる。加えて、圧電振動素子11の上面側において、第1の振動電極13をイオンビーム照射等により容易に加工し、周波数調整を行うことができる。
上記のように本実施形態では、第1,第2の引き出し電極14,16の形状を異ならせているだけであるため、工程数を増加させることなくまた材料種類を増加させることなく、表裏の判別を行うことが可能となる。従って、圧電振動部品のコストの上昇も招き難い。
なお、上記実施形態では、第2の引き出し電極16の形状を第1の引き出し電極14と異ならされていたが、図1(a)において、一点鎖線Xで示す識別マークをさらに追加することにより表裏の判別をより確実にしてもよい。一点鎖線で示す識別マークは、短辺12fに沿う方向において長辺12c側に位置している。すなわち、圧電基板12の中心を通り長さ方向に延びる中心線に対して線対称な形状とならないように識別マークが設けられている。従って、このように、表裏反転した場合に識別マークの位置が異なるように識別マークを形成することにより圧電基板12の表裏を判別してもよい。
図5(a)および(b)は、本発明の第2の実施形態に係る圧電振動部品における圧電基板の第1の主面及び第2の主面上の電極構造を模式的に示す各平面図である。
図5(a)で示すように、第1の主面12a上において、第2の振動電極13に連ねられている第1の引き出し電極14は長辺12cとで構成されているコーナー部に位置している。短辺12eと第1の引き出し電極14はコーナー部において長辺12c及び短辺12eの双方に沿っている。他方、第2の主面12bに形成されている第2の引き出し電極16は同様に傾斜している側辺16a,16aを有する。もっとも、側辺16a,16a間の電極部分の面積は、第1の引き出し電極14における側辺14a,14b間で挟まれている電極部分の面積よりも小さくされている。第1の引き出し電極14は、側面に形成されている電極膜を得て、第2の主面12bに形成されている電極パッド17に電気的に接続されている。
断線を防止するために、第1の引き出し電極14及び電極パッド17の面積が第2の引き出し電極16よりも上記のように十分大きくされている。従って、本実施形態では、第1の引き出し電極14と電極パッド17との間の断線が生じ難い。
より詳細には、第1の引き出し電極14のパッケージ基板側の第1の接続電極との電気的接続を図6に示すようにより一層確実に図ることができる。第2の実施形態は、その他の点においては、第1の実施形態と同様であるため、同一部分については同一の参照番号を付与することによりその説明を省略する。
第2の実施形態においても、第1の引き出し電極14と第2の引き出し電極16の平面形状が異なるため、第1の主面12aと第2主面12bとの容易にかつ確実に判別することができる。
なお、上述した第1,第2の実施形態では、第1のパッケージ材がパッケージ基板2であり、第2のパッケージ材がキャップ8であったが、第1,第2のパッケージ材は他の形状を有していてもよい。例えば、上方に開いた開口を有する第1のパッケージ材の開口を閉成するように平板な蓋材からなる第2のパッケージ材を接合し、封止空間を形成してもよい。
また、第1,第2のパッケージ材を構成する材料についてもセラミックスや金属に限定されず、合成樹脂などの他の材料を用いてもよい。また、圧電振動素子11は、水晶基板を用いたものに限らず、圧電セラミック板を用いた圧電素子であってもよい。もっとも、圧電基板が透明である場合、上述したように、本発明がより効果的である。
1…圧電振動部品
2…パッケージ基板
3…第1の接続電極
4…第2の接続電極
5,6…ビアホール電極
7…外部電極
8…キャップ
9…接合材
10…封止空間
11…圧電振動素子
12…圧電基板
12a…第1の主面
12b…第2の主面
12c,12d,12d1…長辺
12e,12f…短辺
13…第1の振動電極
14…第1の引き出し電極
14a,14b…側辺
15…第2の振動電極
16…第2の引き出し電極
16a…側辺
16b…Cr膜
16c…Au膜
16d…Cr薄膜
17,19…電極パッド
18…第1の導電性接着剤部
18A…第2の導電性接着剤部
21…下地金属層
22…Au膜

Claims (6)

  1. 第1,第2の接続電極が上面に設けられている第1のパッケージ材と、
    前記第1のパッケージ材に接合されており、第1のパッケージ材とともに内部に封止空間を形成している第2のパッケージ材と、
    前記封止空間内に配置されており、対向し合う第1及び第2の主面を有する圧電基板と、前記圧電基板の第1の主面に設けられた第1の振動電極と、第1の振動電極に電気的に接続されている第1の引き出し電極と、前記圧電基板の第2の主面に設けられた、第2の振動電極と、第2の振動電極に電気的に接続されている第2の引き出し電極と、前記圧電基板の前記第2の主面に設けられた、電極パッドと、前記第1の引き出し電極と前記電極パッドとを電気的に接続している電極膜とを有し、前記第1の引き出し電極及び前記電極パッドの面積が、前記第2の引き出し電極の面積よりも大きくされており、かつ前記第1の引き出し電極と前記第2の引き出し電極の形状が異なっている、圧電振動素子と、
    第1のパッケージ材に設けられている第1の接続電極と、前記圧電振動素子の第1の引き出し電極とそれぞれ電気的に接続しかつ圧電振動素子を第1のパッケージ材に接合している第1の導電性接着剤部と、
    前記第1のパッケージ材に設けられている第2の接続電極と、前記圧電振動素子の第2の引き出し電極とを電気的に接続しかつ圧電振動素子を前記第1のパッケージ材に接合している第2の導電性接着剤部を備え、
    前記圧電基板の前記第2の主面が前記第1のパッケージ材に対向するように配置されており、前記第2の主面に設けられている第2の振動電極及び第2の引き出し電極のうち、少なくとも第2の引き出し電極が、前記第1の引き出し電極よりも導電性接着剤部に対する接合強度が高い金属材料からなり、
    前記第2の主面上の第2の振動電極及び第2の引き出し電極からなる第2の電極形状と、第1の主面上の第1の振動電極及び第1の引き出し電極からなる第1の電極形状とが判別し得るように異なっている、圧電振動部品。
  2. 前記圧電基板の第1の主面及び第2の主面のうち少なくとも一方に、第1の主面または第2の主面であることを識別するための識別マークが設けられている、請求項1に記載の圧電振動部品。
  3. 前記圧電基板が水晶基板である、請求項1または2のいずれか1項に記載の圧電振動部品。
  4. 前記第1のパッケージ材が板状のパッケージ基板であり、第2のパッケージ材が下方に開いた開口を有するキャップ材からなる、請求項1〜のいずれか1項に記載の圧電振動部品。
  5. 前記パッケージ基板が、単層セラミックス層からなるセラミック基板である、請求項に記載の圧電振動部品。
  6. 前記第1,第2の導電性接着剤部が、エポキシ樹脂を主成分とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の圧電振動部品。
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