JP6831260B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、耐衝撃性に優れ、低背化が容易でかつ浮遊容量の影響が少ない圧電デバイスに関する。

携帯電話やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器では、周波数の選択や制御等のために、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが多用されている。

このような圧電デバイスの一種として、水晶片をその一端支持、すなわち片持ち支持で容器に固定し、かつ、水晶片の他端を枕部で受ける構造の水晶振動子がある。図３は、この種の水晶振動子１０の説明図である。特に（Ａ）図はその平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図は（Ａ）図のＰ−Ｐ線に沿った水晶振動子１０の断面図である。ただし、図３（Ａ）では蓋部材１７を外した状態を示してある。

この水晶振動子１０では、水晶片１１はその表裏に励振用電極１１ａおよび引出電極１１ｂを具えている。この水晶片１１は、その一端すなわち引出電極１１ｂ側で、容器１３内の接続パッド１３ａに導電性接着剤１５により電気的・機械的に接続固定してある。しかも、容器１３の底面であって水晶片１１の他端に当たる位置に枕部１３ｂを設けてあり、水晶片１１は接続パッド１３ａと枕部１３ｂとの間に架け渡されて実装してある。そして、容器１３を蓋部材１７により気密封止してある。また、容器１３の外側底面には外部接続端子１３ｃを設けてある。外部接続端子１３ｃと接続パッド１３ａとはビア配線１３ｄにより接続してある。
この様な水晶振動子は、例えば特許文献１をはじめ多くの先願に開示されている。また、特許文献１では、平面サイズが異なる水晶片を同種の容器に実装できるようにするために、容器内の底面に高さの異なる複数の枕部を、互いの位置をずらして配置している。

特開２０１２−９００８３号公報

片持ち支持でかつ枕部を用いた上記の支持構造は、水晶片１１を容器１３の底面に接触させることなく容器１３に実装できることから、好ましい構造といえる。しかしながら、この出願に係る発明者の検討によれば以下のような課題がある。
片持ち支持の水晶振動子の場合、これに衝撃が加わると、水晶片１１は図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す通り、導電性接着剤１５で固定された位置を支点にして先端側が振れてしまう。水晶片の先端が振れると、水晶片１１の先端が蓋部材及び枕部に触れて衝撃を受ける。蓋部材１５と水晶片１１との間隙ｇｘが大きい場合は、上記衝撃は益々大きくなる。この衝撃は、水晶片の破損や破損に至らなくても周波数変動を起こす原因になる。これを回避するため、蓋部材１５と水晶片１１との間隙を上記のｇｘより小さいｇｙ（図３（Ｃ）参照）となるように水晶振動子を設計した場合、今度は、励振用電極１１ａと蓋部材１５との間や、外部起因で生じる浮遊容量の影響を受け易くなり、周波数安定性を悪化させる場合がある。

また、電子機器の小型化に伴い圧電デバイスに対し低背化の要求が益々高まっている。枕部を用いる構造において、低背化、耐衝撃性、浮遊容量すべての要求を満たすための設計手法が多々望まれている。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、片持ち支持かつ枕部を用いる構造の圧電デバイスであって、耐衝撃性に優れ、低背化がし易くかつ浮遊容量の影響が少ない圧電デバイスを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この発明によれば、ベベル加工された圧電振動片と、該圧電振動片をその一端のベベル面で保持している容器であって、該容器の前記保持領域に接続パッドを有し、前記圧電振動片の他端に対応する領域に枕部を有する容器と、前記容器を封止している蓋部材と、を具える圧電デバイスにおいて、
前記接続パッドは、前記保持領域において前記容器に、前記容器の表面と面一の状態でかつ表面は露出された状態で埋設されており、
前記圧電振動片は前記接続パッドの表面と前記枕部の天面との間に架け渡されていることを特徴とする。

ここで、本発明でいうベベル加工されたとは、機械的な研磨によりベベル状に加工された場合、ウエットエッチング等の化学的手法でベベル状に加工された場合等、任意のものである。また、接続パッド表面と容器の表面とが面一とは、真に面一の場合と実質的に面一の場合双方の意味である。例えば接続パッドの表面に電解メッキ膜が施されていてそのために厚さ数μｍのわずかな凸が生じているような状態の面も本発明でいう面一に含まれる。

この発明の圧電デバイスによれば、圧電振動片は容器に埋設された電極パット表面と枕部天面とに架け渡された状態で、前記接続パッドの位置で、容器に固定される。ここで、接続パッドを埋設してあるので、従来のように容器の底面上に接続パッドを個別に形成する場合に比べて接続パッドの高さの影響が低減されるから、圧電デバイスの低背化が図り易い。また、接続パッドの表面と容器表面とは面一であり、この面一の連続面に圧電振動片のベベル面が固定されるので、そうでない場合に比べ、両者の密着強度の向上が期待できるから、耐衝撃性の向上が図れる。また、圧電振動片は枕部側が高い状態に傾斜した状態で容器内に実装されるので、圧電振動片を傾斜させない場合に比べて、圧電振動片の励振電極と蓋部材の内面との間隙は広くなる。このため、浮遊容量の影響を受けにくくできる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第1の実施形態の圧電デバイス３０を説明するための図である。 は、他の実施形態の圧電デバイスの説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、従来技術及び課題を説明する図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 第1の実施形態
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第1の実施形態の圧電デバイス３０を説明する図である。特に（Ａ）図は圧電デバイス３０を示した平面図、（Ｂ）図は（Ａ）図のＰ−Ｐ線に沿った断面図、（Ｃ）図は（Ｂ）図中のＭ部分の拡大図である。

第１の実施形態の圧電デバイス３０は、圧電振動片３１と、この圧電振動片３１を内包する容器３３と、この容器３３を封止する蓋部材３５と、を具える。
圧電振動片３１は、例えば、平面形状が長方形状のＡＴカット水晶振動子である。この圧電振動片３１は、その表裏面各々に励振用電極３１ａと、これら励振用電極３１ａから水晶片の一端に引き出されている引出電極３１ｂとを具える。また、この圧電振動片３１はベベル加工されている。すなわち、圧電振動片３１の縁領域が圧電振動片の中央側から端に向かって傾斜した形状に加工されている。図１（Ｃ）において、３１ｃを付した部分が、１つのベベル面に当たる。このようなベベル加工は、例えば、ベベル加工される前の状態の略直方体状の圧電振動片を、円筒状の研磨筒中に研磨剤と共に入れ、この研磨筒を回転させて圧電振動片の縁を加工する方法や、圧電振動片をフォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術により処理して縁に傾斜面を形成する方法等で行うことができる。

容器３３は、この例の場合、圧電振動片３１を内包する凹部３３ａを有する。この容器は、例えばセラミック製容器で構成できる。この容器３３は、その底板の一部領域であって圧電振動片３１のベベル面を保持する領域に接続パッド３３ｂを具え、圧電振動子の他端に対応する領域に枕部３３ｃを具える。ただし、この接続パッド３３ｂは、従来の接続パッドとは異なる構造のものある。すなわち、この接続パッド３３ｂは、容器３３の凹部３３ａの底面と面一の状態でかつ表面は露出された状態で、容器３３の底板に埋設されている。さらに詳細には、この接続パッド３３ｂは、容器３３の底板に埋設された金属膜３３ｂａと、この金属膜３３ｂａの表面にメッキされたメッキ膜３３ｂｂとの２層構造となっている。金属膜３３ｂａは、例えば高融点金属粉である例えばモリブデン粉又はタングステン粉を含む導電性ペーストを焼結したもので構成でき、メッキ膜３３ｂｂは例えばニッケルと金のメッキ膜で構成できる。接続パッド３３ｂを容器に埋設する具体的方法としては、例えば、セラミック製容器を作成するグリーンシート上に金属膜３３ｂａ形成用のペーストを印刷し、これを仮焼成した後に加圧してグリーンシート中に金属膜３３ｂに相当する部分を埋設し、その後グリーンシートと共に本焼成する等の方法を挙げることができる。

このように形成した金属膜３３ｂａ表面に電界メッキによりメッキ膜３３ｂｂを形成する。もちろん、メッキ膜３３ｂｂは無電解メッキで形成する場合があっても良い。埋設される金属膜３３ｂａの厚さ（図１（Ｂ）にｄで示す）は、例えば数１０μｍとなるが、メッキ膜３３ｂｂは厚くても数μｍであるから、接続パッド３３ｂは、容器３３の底板中に実質的に埋設された状態、かつ、接続パッド３３ｂの表面と容器３３の底板表面とは面一の状態になる。

また、枕部３３ｃは、圧電振動片３１の先端側が高くなるように圧電振動片３１を傾けるものである。好ましくは、枕部３３ｃの高さは、圧電振動片３１を傾斜させると共に、圧電振動片３１のベベル面３１ｃが接続パッド３３ｂの表面と実質的に平行になるように傾斜させることができる高さにするのが良い。こうすると、圧電振動片３１のベベル面３１ｃが容器３３の接続パッド３３ｂに正対して密着するので、固定面積が確保され易くなり、耐衝撃性の向上に寄与できる。なお、図１（Ｂ）に示した枕部３３ｃは、容器３３の側壁と接触した状態に設けてあるが、図３の例のように、容器３３の側壁から離れて設ける場合があっても良い

また、容器３３の外側の底面には、当該圧電デバイス３０を外部の任意の電子機器に接続するための外部端子３３ｄを設けてある。この外部端子３３ｄと接続パッド３３ｂとは、容器３３の底板に設けたビア配線３３ｅにより電気的に接続してある。
このような容器３３に対し、圧電振動片３１を、そのベベル面３１ｃの位置が接続パッド３３ｂ上となるように、かつ、先端が枕部３３ｃ上になるように置き、導電性接着剤１５によって、接続パッド３３ｂの位置で、接続固定してある。そして、容器３３は蓋部材３５によって封止してある。

この圧電デバイス３０では、圧電振動片３１を、その一端のベベル面３１ｃで容器３３の接続パッド３３ｂに固定すると共に、先端が枕部３３ｃに架け渡してある。従って、圧電振動片３１は、容器３３に強固に固定されると共に、傾斜状態であるため、図１（Ｂ）に示したように、圧電振動片３１の他端の、蓋部材３５側の面と、蓋部材３５の内面との間隙をｇ１と表し、圧電振動片３１の一端から他端に向かう方向の中央の表面と蓋部材３５の内面との間隙をｇ２と表したとき、ｇ２＞ｇ１となる。このため、衝撃を受けても、支持は強固かつ圧電振動片での先端の振れは小さくできるから耐衝撃性の向上が図れる。また、蓋部材と圧電振動片の励振電極との間隙ｇ２は圧電振動片を傾斜させた分広くなるので、浮遊容量の影響も軽減できる。また、接続パッド３３ｂを容器３３に所定関係で埋設した分、圧電デバイスの低背化が図れる。
２． 他の実施形態
第１の実施形態の圧電デバイス３０では、容器３３は圧電振動片を収納する凹部３３ａを有した構造のものであった。しかし、容器は凹部を有するものに限られない。図２はその例を説明する図であり、図１（Ｂ）に対応する断面図で示した他の実施形態の圧電デバイス４０の説明図である。
この圧電デバイス４０は、容器として平板状の容器４１と、蓋部材としてキャップ状の蓋部材４３とを用いたものである。平板状の容器４１は、第１の実施形態の圧電デバイスと同様な構成の接続パッド３３ｂ、枕部３３ｃ、外部端子３３ｄ及びビア配線３３ｅを具える。また、キャップ状の蓋部材４３は、圧電振動片３１を内包する凹部を有したものである。このような構造のものに対しても本発明を適用でき、かつ、同様の効果を得ることができる。
また、上述の例では、圧電デバイスとして水晶振動子を例示したが、水晶片発振器にも本発明は適用できる。また、圧電振動片としてＡＴカット水晶片を例に挙げて説明したが、他のカットの水晶片例えばＳＣカット振動子等の２回回転水晶片であっても良い。さらには、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子や圧電発振器にも適用できる。
−以上−

３０：第１の実施形態の圧電デバイス、 ３１：圧電振動片（水晶振動片）、
３１ａ：励振用電極、 ３１ｂ：引出電極、
３１ｃ：ベベル面、 ３３：容器、
３３ａ：凹部、 ３３ｂ：接続パッド、
３３ｃ：枕部、 ３３ｄ：外部端子
３３ｅ：ビア配線、 ３５：蓋部材
３７：導電性接着剤、
４０：他の実施形態の圧電デバイス、 ４１：平板状の容器
４３：キャップ状の蓋部材

Claims (3)

1. ベベル加工された圧電振動片と、該圧電振動片を該圧電振動片の一端のベベル面で保持している容器であって、前記圧電振動片を前記保持している保持領域に接続パッドを有し、前記圧電振動片の他端に対応する領域に枕部を有する容器と、前記容器を封止している蓋部材と、を具える圧電デバイスにおいて、
   前記接続パッドは、前記保持領域において前記容器に、前記容器の表面と面一の状態でかつ表面は露出された状態で埋設されており、
   前記圧電振動片は、前記接続パッドの表面と前記枕部の天面との間に架け渡されており、前記ベベル面と前記接続パッドの表面とが平行となるように前記枕部の高さを決めてあることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記接続パッドは、金属ペースト焼結体と、該金属ペースト焼結体の上にメッキされたメッキ膜とからなる積層膜であることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記圧電振動片の前記他端の、前記蓋部材側の面と、前記蓋部材の内面との間隙をｇ１と表し、前記圧電振動片の前記一端から前記他端に向かう方向の中央の表面と前記蓋部材の前記内面との間隙をｇ２と表したとき、ｇ２＞ｇ１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。

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