JP7416248B2 - 圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子に関する。

振動子は、移動通信端末、通信基地局、家電などの各種電子機器において、タイミングデバイス、センサ、発振器などの用途に用いられている。電子機器の高機能化に伴い、安価で高性能な振動素子が求められている。

特許文献１には、ベース部材と金属製の蓋部材とを導電性接着剤を介して接合し、この導電性接着剤によって蓋部材をベース部材の接地用電極に電気的に接続し、電磁波の出入りによるノイズを抑制した水晶振動子が開示されている。

特開２０１５－２２０７４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の水晶振動子では、導電性接着剤の位置ずれや滲みによって、水晶振動素子と蓋部材とが短絡する場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ノイズを抑制しつつ不良品の発生を抑制可能な圧電振動子の提供である。

本発明の一態様に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、圧電振動素子が搭載されたベース部材と、ベース部材との間に導電性接着剤の接合部材を挟んで接合され、ベース部材との間に圧電振動素子が配置された内部空間を形成する導電性材料の蓋部材と、を備え、蓋部材は、天壁部と、天壁部の外縁からベース部材に向かって延びる側壁部とを有し、側壁部は、ベース部材に対向する対向面を有し、ベース部材には、圧電振動素子が接続される給電用電極と、接地に用いられる接地用電極とが設けられ、接地用電極は、接合部材を介して蓋部材に電気的に接続されており、導電性接着剤は、樹脂系接着剤と、樹脂系接着剤に分散した導電性フィラーとを有しており、導電性接着剤の総体積に対する導電性フィラーの体積の比率は、３ｖｏｌ％以上１８ｖｏｌ％以下である。

本発明の一態様に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、圧電振動素子が搭載されたベース部材と、ベース部材との間に導電性接着剤の接合部材を挟んで接合され、ベース部材との間に圧電振動素子が配置された内部空間を形成する導電性材料の蓋部材と、を備え、蓋部材は、天壁部と、天壁部の外縁からベース部材に向かって延びる側壁部とを有し、側壁部は、ベース部材に対向する対向面を有し、ベース部材には、圧電振動素子が接続される給電用電極と、接地に用いられる接地用電極とが設けられ、接地用電極は、接合部材を介して蓋部材に電気的に接続されており、導電性接着剤は、樹脂系接着剤と、樹脂系接着剤に分散した導電性フィラーとを有しており、ベース部材には、少なくとも対向面と対向する給電用電極の領域を覆う絶縁性材料の保護膜が設けられ、保護膜は、接合部材と接触しており、接地用電極と対向面との間のギャップＧ１と、保護膜と対向面との間のギャップＧ２と、導電性フィラーの粒径Ｒとは、Ｇ１＜Ｒ＜Ｇ２の関係を満たす。

本発明によれば、ノイズを抑制しつつ不良品の発生を抑制可能な圧電振動子を提供できる。

実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。 実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す平面図である。 実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す断面図である。 ベース部材及び水晶振動素子の構成を概略的に示す平面図である。 接地用電極を含む水晶振動子の拡大断面図である。 給電用電極を含む水晶振動子の拡大断面図である。 実施例及び比較例をまとめた表である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。各実施形態の図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

図１～図４を参照しつつ、本発明の実施形態に係る水晶振動子１の構成について説明する。図１は、実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す平面図である。図３は、実施形態に係る水晶振動子の構成を概略的に示す断面図である。図４は、ベース部材及び水晶振動素子の構成を概略的に示す平面図である。なお、図３は、図２に示した水晶振動子１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

各々の図面には、各々の図面相互の関係を明確にし、各部材の位置関係を理解する助けとするために、便宜的にＸ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸からなる直交座標系を付すことがある。Ｘ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸は各図面において互いに対応している。Ｘ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸は、それぞれ、後述の水晶片１１の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｘｅｓ）に関係している。Ｘ軸が水晶結晶の電気軸（極性軸）、Ｙ軸が水晶結晶の機械軸、Ｚ軸が水晶結晶の光学軸に相当する。Ｙ´軸及びＺ´軸は、それぞれ、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸である。

以下の説明において、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ´軸に平行な方向を「Ｙ´軸方向」、Ｚ´軸に平行な方向を「Ｚ´軸方向」という。また、Ｘ軸、Ｙ´軸及びＺ´軸の矢印の先端方向を「＋（プラス）」、矢印とは反対の方向を「－（マイナス）」という。なお、便宜的に、＋Ｙ´軸方向を上方向、－Ｙ´軸方向を下方向として説明するが、水晶振動子１の上下の向きは限定されるものではない。

水晶振動子１は、水晶振動素子１０と、ベース部材３０と、蓋部材４０と、接合部材５０とを備えている。水晶振動素子１０は、ベース部材３０と蓋部材４０との間に設けられている。ベース部材３０及び蓋部材４０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器を構成しており、Ｙ´軸方向に沿って重なっている。水晶振動素子１０は、ベース部材３０に搭載されている。

まず、水晶振動素子１０について説明する。
水晶振動素子１０は、圧電効果により水晶を振動させ、電気エネルギーと機械エネルギーとを変換する圧電振動素子である。水晶振動素子１０は、薄片状の水晶片１１と、一対の励振電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと、一対の引出電極を構成する第１引出電極１５ａ及び第２引出電極１５ｂと、一対の接続電極を構成する第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂとを備えている。

水晶片１１は、互いに対向する上面１１Ａ及び下面１１Ｂを有している。上面１１Ａは、ベース部材３０に対向する側とは反対側、すなわち後述する蓋部材４０の天壁部４１に対向する側に位置している。下面１１Ｂは、ベース部材３０に対向する側に位置している。

水晶片１１は、例えば、ＡＴカット型の水晶結晶である。ＡＴカット型の水晶片１１は、互いに交差するＸ軸、Ｙ´軸、及びＺ´軸からなる直交座標系において、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）が主面となり、Ｙ´軸と平行な方向が厚さとなるように形成される。

ＡＴカット型の水晶片１１を用いた水晶振動素子１０は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有する。ＡＴカット型の水晶振動素子１０では、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）が主要振動として用いられる。水晶片１１は、ＡＴカット以外の異なるカットを適用してもよい。例えばＢＴカット、ＧＴカット、ＳＣカットなどを適用してよい。また、水晶振動素子は、Ｚ板と呼ばれるカット角の水晶片を用いた音叉型水晶振動素子であってもよい。

一例として、水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向を有する平板状である。水晶片１１の上面１１Ａを平面視したとき、水晶片１１の平面形状は矩形状をなしている。

水晶片１１は、平板状に限定されるものではなく、メサ型構造や逆メサ型構造であってもよい。この場合、水晶片１１は、厚みが連続的に変化するテーパ形状、厚みが不連続に変化する階段形状、厚みの変化量が連続的に変化するコンベックス形状、又は厚みの変化量が不連続に変化するベベル形状であってもよい。

第１励振電極１４ａは水晶片１１の上面１１Ａに設けられ、第２励振電極１４ｂは水晶片１１の下面１１Ｂに設けられている。第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、水晶片１１を挟んで互いに対向している。水晶片１１の上面１１Ａを平面視したとき、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ矩形状をなしており、互いの略全体が重なり合うように配置されている。

第１引出電極１５ａは水晶片１１の上面１１Ａに設けられ、第２引出電極１５ｂは水晶片１１の下面１１Ｂに設けられている。第１引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと第１接続電極１６ａとを電気的に接続している。第２引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと第２接続電極１６ｂとを電気的に接続している。

第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂは、それぞれ、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂをベース部材３０に電気的に接続するための電極であり、水晶片１１の下面１１Ｂに設けられている。

励振電極、引出電極及び接続電極は、例えば、水晶片１１との密着性が良好な下地層と、化学的安定性が良好な最表層とからなる積層体である。励振電極、引出電極及び接続電極を構成する材料は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）などの金属材料から好適に選択される。励振電極、引出電極及び接続電極は、導電性セラミック、導電性樹脂、半導体などを含有してもよい。

次に、ベース部材３０について説明する。
ベース部材３０は、平板状の基体３１と、一対の電極パッドを構成する第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂと、上面電極３３ｃと、第１側面電極３４ａと、第２側面電極３４ｂと、第３側面電極３４ｃと、第４側面電極３４ｄと、第１外部電極３５ａと、第２外部電極３５ｂと、第３外部電極３５ｃと、第４外部電極３５ｄと、保護膜３９とを備えている。

基体３１は、互いに対向する上面３１Ａ及び下面３１Ｂを有している。上面３１Ａ及び下面３１Ｂは、基体３１の一対の主面に相当する。上面３１Ａは、水晶振動素子１０及び蓋部材４０に対向する側に位置し、下面３１Ｂは、例えば、水晶振動子１を外部の回路基板に実装する際に、当該回路基板に対向する側に位置している。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの焼結材であるが、水晶やシリコンなどによって設けられてもよい。

上面３１Ａを平面視したとき、基体３１は、Ｘ軸方向に延びてＺ´軸方向において対向する一対の長辺と、Ｚ´軸方向に延びてＸ軸方向において対向する一対の短辺とを有している。基体３１の４つの角部には扇状の凹部が設けられている。この凹部は、上面３１Ａから下面３１Ｂに亘って基体３１を貫通する貫通孔を分割したものである。

第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、基体３１の上面３１Ａに設けられている。第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、ベース部材３０に水晶振動素子１０を電気的に接続するための端子である。基体３１の上面３１Ａを平面視したとき、第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、接合部材５０によって囲まれている。

上面電極３３ｃは、蓋部材４０と電気的に接続される電極である。上面電極３３ｃは、ベース部材３０の＋Ｘ軸方向側且つ－Ｚ´軸方向側の角部に設けられ、ベース部材３０の蓋部材４０側の最表面に位置している。

第１側面電極３４ａ～第４側面電極３４ｄは、ベース部材３０の上面３１Ａの最外縁と下面３１Ｂの最外縁とをつなぐ側面部に設けられている。具体的には、基体３１の角部に設けられた凹部の上面３１Ａ側の端部から下面３１Ｂ側の端部に亘って設けられ、基体３１の凹部を覆っている。第１側面電極３４ａ～第４側面電極３４ｄのそれぞれは、キャスタレーション電極に相当する。第１側面電極３４ａは、ベース部材３０の－Ｘ軸方向側且つ＋Ｚ´軸方向側の角部に設けられた凹部に設けられている。第２側面電極３４ｂは、ベース部材３０の＋Ｘ軸方向側且つ－Ｚ´軸方向側の角部に設けられた凹部に設けられている。第３側面電極３４ｃは、ベース部材３０の＋Ｘ軸方向側且つ＋Ｚ´軸方向側の角部に設けられた凹部に設けられている。第４側面電極３４ｄは、ベース部材３０の－Ｘ軸方向側且つ－Ｚ´軸方向側の角部に設けられた凹部に設けられている。

第１側面電極３４ａは、上面３１Ａに設けられた配線電極３７ａを介して第１電極パッド３３ａに電気的に接続され、第２側面電極３４ｂは、上面３１Ａに設けられた配線電極３７ｂを介して第２電極パッド３３ｂに電気的に接続されてる。第３側面電極３４ｃは、上面電極３３ｃから連続的に設けられており、上面電極３３ｃと電気的に接続されている。第１側面電極３４ａ、第１電極パッド３３ａ及びこれらを接続する配線電極３７ａは、水晶振動素子１０が接続される給電用電極に相当する。第２側面電極３４ｂ、第２電極パッド３３ｂ及びこれらを接続する配線電極３７ｂも同様に給電用電極に相当する。第３側面電極３４ｃ及び上面電極３３ｃは、蓋部材４０の接地に用いられる接地用電極に相当する。

給電用電極及び接地用電極は、例えば、基体３１との密着性が良好な下地層と、化学的安定性が良好な最表層とからなる積層体である。給電用電極及び接地用電極を構成する材料は、例えば、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）などの金属材料から好適に選択される。給電用電極及び接地用電極は、導電性セラミック、導電性樹脂、半導体などを含有してもよい。

第１外部電極３５ａ～第４外部電極３５ｄは、半田等によって水晶振動子１を外部の回路基板に実装するための電極である。第１外部電極３５ａ～第４外部電極３５ｄは、基体３１の下面３１Ｂに設けられている。第１外部電極３５ａは、ベース部材３０の－Ｘ軸方向側且つ＋Ｚ´軸方向側の角部に設けられ、第１側面電極３４ａに電気的に接続されている。第１外部電極３５ａは、ベース部材３０の＋Ｘ軸方向側且つ－Ｚ´軸方向側の角部に設けられ、第２側面電極３４ｂに電気的に接続されている。第３外部電極３５ｃは、ベース部材３０の＋Ｘ軸方向側且つ＋Ｚ´軸方向側の角部に設けられ、第３側面電極３４ｃに電気的に接続されている。第４外部電極３５ｄは、ベース部材３０の－Ｘ軸方向側且つ－Ｚ´軸方向側の角部に設けられ、第４側面電極３４ｄに電気的に接続されている。第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂは、一対の給電用電極に電気信号を供給するために用いられる。第３外部電極３５ｃは、接地用電極を接地するために用いられる。第４外部電極３５ｄは、電気信号等が入出力されないダミー電極である。第４外部電極３５ｄは、第３外部電極３５ｃとともに蓋部材４０を接地するために用いられてもよく、省略されてもよい。

保護膜３９は、ベース部材３０の蓋部材４０と対向する側であって、接合部材５０に接触する領域に設けられている。保護膜３９は、絶縁性材料によって設けられている。保護膜３９は、給電用電極の一部（蓋部材４０の対向面４３Ｂと対向する領域）を覆い、給電用電極と蓋部材４０とを電気的に絶縁している。具体的には、保護膜３９は、第１側面電極３４ａと第１電極パッド３３ａとを接続する配線電極３７ａの少なくとも一部を覆い、第２側面電極３４ｂと第２電極パッド３３ｂとを接続する配線電極３７ｂの少なくとも一部を覆っている。保護膜３９は、上面電極３３ｃの外側の領域に設けられており、上面電極３３ｃは保護膜３９から露出している。保護膜３９は、例えばソルダーレジストである。

なお、後述する接合部材５０の導電性が充分な異方性を有し、基体３１の上面３１Ａに沿った方向における導電性が充分に低ければ、保護膜３９は省略してもよい。この場合、給電用電極に接合部材５０が接触したとしても、水晶振動素子１０と蓋部材４０との接合部材５０を介した短絡は生じ難いためである。

ベース部材３０は、一対の導電性保持部材を構成する第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂを備えている。第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂは、ベース部材３０及び蓋部材４０から間隔を空けて水晶振動素子１０を保持している。第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂは、水晶振動素子１０とベース部材３０とを電気的に接続している。具体的には、第１導電性保持部材３６ａが第１電極パッド３３ａと第１接続電極１６ａとを電気的に接続し、第２導電性保持部材３６ｂが第２電極パッド３３ｂと第２接続電極１６ｂとを電気的に接続している。第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂは、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等を含む導電性接着剤の硬化物である。

次に、蓋部材４０について説明する。
蓋部材４０は、ベース部材３０に接合されている。蓋部材４０は、ベース部材３０との間に水晶振動素子１０を収容する内部空間を形成する。蓋部材４０はベース部材３０の側に開口する凹部４９を有しており、本実施形態における内部空間は、凹部４９の内側の空間に相当する。凹部４９は、液密封止されている。蓋部材４０の材質は、導電性材料であり、さらに望ましくは気密性の高い金属材料である。蓋部材４０が導電性材料で構成されることによって、内部空間への電磁波の出入りを低減する電磁シールド機能が蓋部材４０に付与される。熱応力の発生を抑制する観点から、蓋部材４０の材質は、基体３１に近い熱膨張率を有する材料であることが望ましく、例えば常温付近での熱膨張率がガラスやセラミックと広い温度範囲で一致するＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金である。

蓋部材４０は、平板状の天壁部４１と、天壁部４１の外縁に接続された側壁部４２とを有している。天壁部４１は、基体３１の上面３１Ａに沿って延在し、高さ方向において水晶振動素子１０を挟んでベース部材３０と対向している。また、側壁部４２は、天壁部４１からベース部材３０に向かって延在しており、基体３１の上面３１Ａと平行な方向において水晶振動素子１０を囲んでいる。蓋部材４０はさらに、側壁部４２のベース部材３０側の先端部に接続されており且つ基体３１の上面３１Ａに沿って外側に延在するフランジ部を有してもよい。

蓋部材４０は、凹部４９の側に位置する内面と、凹部４９とは反対側であって外部に露出する外面とを有している。内面は、天壁部４１及び側壁部４２の水晶振動素子１０に対向する側であり、外面は、天壁部４１及び側壁部４２の水晶振動素子１０に対向する側とは反対側である。蓋部材４０はさらに、ベース部材３０に対向する対向面４３Ｂを有している。対向面４３Ｂは、ベース部材３０の側壁部４２の先端において基体３１の上面３１Ａに沿って延在する面である。対向面４３Ｂの面積は、フランジ部を設けることによって拡張可能である。

主面の法線方向から平面視したときの蓋部材４０の平面形状は、例えば略矩形状である。蓋部材４０の平面形状は上記に限定されるものではなく、多角形状、円形状、楕円形状及びこれらの組合せでもよい。

次に、接合部材５０について説明する。
接合部材５０は、ベース部材３０と蓋部材４０とを接合している。具体的には、接合部材５０は、保護膜３９と対向面４３Ｂとを接合し、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとを接合している。また、接合部材５０は、内部空間に相当する凹部４９を封止している。具体的には、接合部材５０は、ベース部材３０及び蓋部材４０のそれぞれの外縁部の全周に亘って設けられ、水晶振動素子１０を囲むように矩形の枠状をなしている。

接合部材５０は、導電性接着剤であり、接地用電極と蓋部材４０とを電気的に接続している。接合部材５０の導電性は異方性を有している。具体的には、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域において、基体３１の上面３１Ａと交差する方向に沿った接合部材５０の電気抵抗は低く、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとが接合部材５０を介して電気的に接続されている。一方で、基体３１の上面３１Ａに沿った接合部材５０の電気抵抗は高く、接合部材５０が給電用電極に接触した場合であっても、給電用電極と蓋部材４０とは電気的に絶縁される。

次に、図５及び図６を参照しつつ、接合部材５０による接合部分のより詳細な構成について説明する。図５は、接地用電極を含む水晶振動子の拡大断面図である。図６は、給電用電極を含む水晶振動子の拡大断面図である。

接合部材５０の導電性接着剤は、樹脂系接着剤５１と、樹脂系接着剤５１に分散した複数の導電性フィラー５２と、樹脂系接着剤５１に分散した複数の絶縁性フィラー５３とを有している。

樹脂系接着剤５１は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂である。樹脂系接着剤５１は、エポキシ系、ビニル系、アクリル系、ウレタン系、イミド系又はシリコーン系の熱硬化性樹脂であってもよい。樹脂系接着剤５１は、光硬化性樹脂を含んでもよい。

導電性フィラー５２は、例えば球状の樹脂コアを金属膜で覆った球状フィラーである。導電性フィラー５２は変形可能であり、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとによって挟まれた導電性フィラー５２は楕円体状に変形している。変形に伴い、導電性フィラー５２は上面電極３３ｃ及び対向面４３Ｂの両方と確実に接触する。これにより、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとが、導電性フィラー５２を介して電気的に接続される。また、変形に伴い、導電性フィラー５２と上面電極３３ｃとの接触面積、及び、導電性フィラー５２と対向面４３Ｂとの接触面積が増大する。これにより、導電性フィラー５２と上面電極３３ｃとの間の電気抵抗は低下する。樹脂コアの材料は、例えば、スチレン系樹脂又はアクリル系樹脂である。これによれば、導電性フィラー５２の弾性率を好適に設計可能である。金属膜の材料は、例えばＮｉである。これによれば、樹脂コアからの金属膜の剥離を抑制可能であり、電気抵抗の上昇を抑制可能である。

なお、樹脂コアは変形可能であればスチレン系樹脂及びアクリル系樹脂に限定されるものではない。また、金属膜は、Ｎｉに限定されるものではなく、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉなどの金属材料によってもうけられてもよい。金属膜は、複数の金属層からなる多層膜であってもよい。導電性フィラー５２は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ、Ｓｉなどの導電性材料を球状に加工したものであってもよい。

絶縁性フィラー５３は、硬化前の導電性接着剤の粘度を調整し、硬化前の導電性接着剤の不所望な濡れ広がりによる給電用電極との接触を抑制する。絶縁性フィラー５３の材料は、例えば球状シリカである。絶縁性フィラー５３の材料は上記に限定されるものではなく、シリコーン、ウレタン、イミド、エポキシ、ビニル、アミン、フェノール、アミノ、アクリル、スチレン等の有機化合物、若しくは、酸化チタン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、グラスファイバー、グラファイト等の無機化合物であってもよい。

接合部材５０の導電性接着剤の総体積に対する導電性フィラー５２の体積の比率（以下、「体積比率」とする。）は、３ｖｏｌ％以上１８ｖｏｌ％以下である。
体積比率が３ｖｏｌ％よりも小さい場合、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域に導電性フィラー５２が存在せず、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの電気的な接続が得られない場合がある。すなわち、体積比率が３ｖｏｌ％以上である場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
体積比率が１８ｖｏｌ％よりも大きい場合、導電性フィラー５２同士が接近又は接触し、基体３１の上面３１Ａに沿った接合部材５０の電気抵抗が低下する場合がある。すなわち、体積比率が１８ｖｏｌ％以下の場合、水晶振動素子１０と蓋部材４０とが短絡した不良品の発生率を低減できる。
なお、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減する観点から、体積比率は、７ｖｏｌ％以上であることがさらに満たすのが望ましい。また、水晶振動素子１０と蓋部材４０とが短絡した不良品の発生率を低減する観点から、体積比率は、１０ｖｏｌ％以下であることがさらに望ましい。

導電性フィラー５２を完全な球体と仮定した場合の直径（以下、「粒径Ｒ」とする。）は、４μｍ≦Ｒ≦１５μｍの関係を満たしている。
蓋部材４０のうねりに起因して上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間のギャップＧ１は平均３．８μｍ程度変動する。このため、Ｒ＜４μｍの場合、導電性フィラー５２が上面電極３３ｃ及び対向面４３Ｂの少なくとも一方に接触しない場合がある。すなわち、４μｍ≦Ｒの場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。なお、蓋部材４０のうねりに起因したギャップＧ１の変動は最大で６μｍ程度であるため、６μｍ≦Ｒを満たすのがさらに望ましい。
導電性フィラー５２はスペーサとして機能するため、１５μｍ＜Ｒの場合、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域における接合部材５０の厚みが増大し、封止性が低下する場合がある。すなわち、Ｒ≦１５μｍの場合、リーク不良によって周波数が変動する不良品の発生率を低減できる。
なお、粒径Ｒは、導電性フィラー５２の樹脂コアのコールターカウンター法によって得た粒径分布から算出した算術平均粒径である。導電性フィラー５２の金属膜の厚みは、樹脂コアの粒径に比べて充分小さいため、樹脂コアの粒径を導電性フィラー５２の粒径Ｒとみなすことができる。ここで、導電性フィラー５２の金属膜の厚みは、一例として１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。金属膜の厚みが１０ｎｍよりも小さい場合、導電性フィラー５２の電気抵抗が増大する場合がある。金属膜の厚みが５００ｍよりも大きい場合、金属膜が導電性フィラー５２の変形を阻害する場合や、金属膜が樹脂コアから剥離する場合がある。すなわち、金属膜の厚みが１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。

対向面４３Ｂの短手方向の幅Ｗと、導電性フィラー５２の粒径Ｒとは、４μｍ≦Ｒ≦Ｗ／２の関係を満たしている。
接地用電極と蓋部材４０との間での導通を確立するために、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとによって挟まれた導電性フィラー５２は加圧される。このとき、Ｗ／２＜Ｒの場合、導電性フィラー５２が上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域から押し出される場合がある。すなわち、Ｒ≦Ｗ／２の場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
４μｍ≦Ｒの場合、前述の通り蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。

絶縁性フィラー５３を完全な球体と仮定した場合の直径（以下、「粒径ｒ」とする。）と導電性フィラー５２の粒径Ｒとは、ｒ＜Ｒの関係を満たしている。
Ｒ≦ｒの場合、絶縁性フィラー５３がスペーサとして導電性フィラー５２の変形を阻害する場合がある。例えば、絶縁性フィラー５３の弾性率が導電性フィラー５２の弾性率よりも大きい場合、Ｒ＝ｒであれば導電性フィラー５２の変形は絶縁性フィラー５３によって阻害される。また、絶縁性フィラー５３の弾性率が導電性フィラー５２の弾性率よりも小さい場合であっても、Ｒ＜＜ｒであれば導電性フィラー５２の変形は絶縁性フィラー５３によって阻害される。したがって、ｒ＜Ｒの場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
なお、粒径ｒは、マイクロトラック法によって得た粒径分布から算出したメジアン径Ｄ５０である。

粒径Ｒと粒径ｒとは、Ｒ／２０≦ｒ≦Ｒ×８／１０の関係を満たしている。
ｒ＜Ｒ／２０の場合、導電性フィラー５２と上面電極３３ｃとの間に絶縁性フィラー５３が侵入し、導電性フィラー５２と上面電極３３ｃとの接触が阻害される場合がある。同様に、導電性フィラー５２と対向面４３Ｂとの接触が阻害される場合がある。すなわち、Ｒ／２０≦ｒの場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
Ｒ×８／１０＜ｒの場合、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域において絶縁性フィラー５３がスペーサとして導電性フィラー５２の変形を阻害する場合がある。すなわち、ｒ≦Ｒ×８／１０の場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
なお、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減する観点から、粒径Ｒと粒径ｒとは、Ｒ／１０≦ｒの関係をさらに満たすのが望ましい。また、ｒ≦Ｒ／２の関係をさらに満たすのが望ましい。

上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間のギャップＧ１と、保護膜３９と対向面４３Ｂとの間のギャップＧ２と、導電性フィラー５２の粒径Ｒとは、Ｇ１＜Ｒ＜Ｇ２の関係を満たしている。
Ｒ≦Ｇ１の場合、導電性フィラー５２が上面電極３３ｃ及び対向面４３Ｂの少なくとも一方に接触しない場合がある。すなわち、Ｇ１＜Ｒの場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
Ｇ２≦Ｒの場合、保護膜３９と対向面４３Ｂとによって挟まれた導電性フィラー５２が変形する。また、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとによって挟まれた導電性フィラー５２を変形させるときに、保護膜３９と対向面４３Ｂとの間の領域から導電性フィラー５２の一部が押し出される。これによれば、不所望な領域で導電性フィラー５２同士が接近し、基体３１の上面３１Ａに沿った方向における接合部材５０の電気抵抗が低下する場合がある。すなわち、Ｒ＜Ｇ２の場合、水晶振動素子１０と蓋部材４０とが短絡した不良品の発生率を低減できる。

ギャップＧ１とギャップＧ２とは、０≦Ｇ２－Ｇ１≦１３μｍの関係を満たしている。
Ｇ２－Ｇ１＜０すなわちＧ２＜Ｇ１の場合、保護膜３９と対向面４３Ｂとの間の領域に位置する導電性フィラー５２がスペーサとして機能し、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域における導電性フィラー５２の充分な変形が阻害される場合がある。すなわち、０≦Ｇ２－Ｇ１の場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
１３μｍ＜Ｇ２－Ｇ１の場合、保護膜３９と対向面４３Ｂとの間の領域における接合部材５０の膜厚増大に伴って封止性が低下する場合がある。すなわち、Ｇ２－Ｇ１≦１３μｍの場合、リーク不良によって周波数が変動する不良品の発生率を低減できる。

ギャップＧ２は、２μｍ≦Ｇ２≦２０μｍの関係を満たしている。
ギャップＧ２は、粒径Ｒによって制限される。このため、ギャップＧ２を小さくするには、粒径Ｒを小さくする必要がある。Ｇ２＜２μｍの場合、粒径Ｒが小さ過ぎるため、蓋部材４０のうねりに起因したギャップＧ１の変動によって、導電性フィラー５２が上面電極３３ｃ及び対向面４３Ｂの少なくとも一方に接触しない場合がある。すなわち、２μｍ≦Ｇ２の場合、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。
２０μｍ＜Ｇ２の場合、保護膜３９と対向面４３Ｂとの間の領域における接合部材５０の膜厚増大に伴って封止性が低下する場合がある。すなわち、Ｇ２≦２０μｍの場合、リーク不良によって周波数が変動する不良品の発生率を低減できる。

次に、図７を参照しつつ、実施例及び比較例について説明する。図７は、実施例及び比較例をまとめた表である。

実施例１～３及び比較例１，２のそれぞれに係る水晶振動子は、実施形態に係る水晶振動子１であって、導電性フィラー５２の体積比率を変化させたものである。「導電性フィラー５２の体積比率」は、導電性接着剤の総体積に対する導電性フィラー５２の体積の比率であり、「導電性フィラー５２の添加率」は、導電性接着剤の総重量に対する導電性フィラー５２の重量の比率である。
（実施例１）
導電性フィラー５２の体積比率は７．３ｖｏｌ％である。導電性フィラー５２の粒径Ｒは５μｍ、導電性フィラー５２の添加率は１０ｗｔ％である。
（実施例２）
導電性フィラー５２の体積比率は７．６ｖｏｌ％である。導電性フィラー５２の粒径Ｒは１０μｍ、導電性フィラー５２の添加率は１０ｗｔ％である。
（実施例３）
導電性フィラー５２の体積比率は９．４ｖｏｌ％である。導電性フィラー５２の粒径Ｒは２０μｍ、導電性フィラー５２の添加率は１０ｗｔ％である。
（比較例１）
導電性フィラー５２の体積比率は２．２ｖｏｌ％である。導電性フィラー５２の粒径Ｒは５μｍ、導電性フィラー５２の添加率は３ｗｔ％である。
（比較例２）
導電性フィラー５２の体積比率は１８．９ｖｏｌ％である。導電性フィラー５２の粒径Ｒは２０μｍ、導電性フィラーの添加率は２０ｗｔ％である。

それぞれの水晶振動子１において、蓋部材４０と給電用電極とが電気的に接続されていない不良品の発生率（以下、「接地不良率」とする。）、及び水晶振動素子１０と蓋部材４０とが短絡している不良品の発生率（以下、「短絡不良率」とする。）を測定した。それぞれの測定サンプル数は、２０個である。接地不良率の判定において、接地用電極と蓋部材４０との間の電気抵抗が１０Ω以下のものを良品と判定し、１０Ωよりも大きいものを不良品と判定した。短絡不良率の測定において、接地用電極と給電用電極との間の電気抵抗が１０⁹Ω以上のものを良品と判定し、１０⁹Ωよりも小さいものを不良品と判定した。接地不良率及び短絡不良率のそれぞれが５％より小さいものを〇とし、５％以上のものを×とした。

導電性フィラー５２の体積比率が３ｖｏｌ％よりも小さい比較例１では、短絡不良率が低かったものの接地不良率が高く、不良品の発生率を充分に低減できなかった。導電性フィラー５２の体積比率が１８ｖｏｌ％よりも大きい比較例２では、接地不良率が低かったものの短絡不良率が高く、不良品の発生率を充分に低減できなかった。導電性フィラー５２の体積比率が３ｖｏｌ％以上１８ｖｏｌ％以下の実施例１～３では、接地不良率及び短絡不良率のいずれも低く、不良品の発生率を低減することができた。

以上のように、本実施形態では、導電性フィラー５２の体積比率が３ｖｏｌ％以上１８ｖｏｌ％以下である。
これによれば、上面電極３３ｃ及び対向面４３Ｂの両方に導電性フィラー５２を接触させつつ、基体３１の上面３１Ａに沿った方向における導電性フィラー５２同士の接近又は接触を抑制できる。したがって、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減しつつ、水晶振動素子１０と蓋部材４０とが短絡した不良品の発生率も低減できる。

他の実施態様では、Ｇ１＜Ｒ＜Ｇ２の関係を満たしている。
これによれば、上面電極３３ｃ及び対向面４３Ｂの両方に導電性フィラー５２を接触させつつ、上面電極３３ｃと対向面４３Ｂとの間の領域の外側における導電性フィラー５２同士の接近又は接触を抑制できる。したがって、蓋部材４０が接地されていない不良品の発生率を低減しつつ、水晶振動素子１０と蓋部材４０とが短絡した不良品の発生率も低減できる。

粒径Ｒと粒径ｒとは、ｒ＜Ｒの関係を満たしている。
これによれば、絶縁性フィラー５３による導電性フィラー５２の変形の阻害が抑制できる。したがって、蓋部材４０が接地できない不良品の発生率を低減できる。

以下に、本発明の実施形態の一部又は全部を付記し、その効果について説明する。なお、本発明は以下の付記に限定されるものではない。

本発明の一態様によれば、水晶振動素子と、水晶振動素子が搭載されたベース部材と、ベース部材との間に導電性接着剤の接合部材を挟んで接合され、ベース部材との間に水晶振動素子が配置された内部空間を形成する導電性材料の蓋部材と、を備え、蓋部材は、天壁部と、天壁部の外縁からベース部材に向かって延びる側壁部とを有し、側壁部は、ベース部材に対向する対向面を有し、ベース部材には、水晶振動素子が接続される給電用電極と、接地に用いられる接地用電極とが設けられ、接地用電極は、接合部材を介して蓋部材に電気的に接続されており、導電性接着剤は、樹脂系接着剤と、樹脂系接着剤に分散した導電性フィラーとを有しており、導電性接着剤の総体積に対する導電性フィラーの体積の比率は、３ｖｏｌ％以上１８ｖｏｌ％以下である、水晶振動子が提供される。
これによれば、接地によって電磁シールド機能を付与可能な蓋部材によって、電磁波の出入りに起因したノイズが低減できる。また、給電用電極及び蓋部材の両方に導電性フィラーを接触させつつ、導電性フィラー同士の接近又は接触を抑制できる。したがって、蓋部材が接地できない不良品の発生率を低減しつつ、水晶振動素子と蓋部材とが短絡した不良品の発生率も低減できる。

一態様として、ベース部材には、少なくとも対向面と対向する給電用電極の領域を覆う絶縁性材料の保護膜が設けられ、保護膜は、接合部材と接触しており、接地用電極と対向面との間のギャップＧ１と、保護膜と対向面との間のギャップＧ２と、導電性フィラーの粒径Ｒとは、Ｇ１＜Ｒ＜Ｇ２の関係を満たす。

本発明の他の一態様によれば、水晶振動素子と、水晶振動素子が搭載されたベース部材と、ベース部材との間に導電性接着剤の接合部材を挟んで接合され、ベース部材との間に水晶振動素子が配置された内部空間を形成する導電性材料の蓋部材と、を備え、蓋部材は、天壁部と、天壁部の外縁からベース部材に向かって延びる側壁部とを有し、側壁部は、ベース部材に対向する対向面を有し、ベース部材には、水晶振動素子が接続される給電用電極と、接地に用いられる接地用電極とが設けられ、接地用電極は、接合部材を介して蓋部材に電気的に接続されており、導電性接着剤は、樹脂系接着剤と、樹脂系接着剤に分散した導電性フィラーとを有しており、ベース部材には、少なくとも対向面と対向する給電用電極の領域を覆う絶縁性材料の保護膜が設けられ、保護膜は、接合部材と接触しており、接地用電極と対向面との間のギャップＧ１と、保護膜と対向面との間のギャップＧ２と、導電性フィラーの粒径Ｒとは、Ｇ１＜Ｒ＜Ｇ２の関係を満たす、水晶振動子が提供される。
これによれば、接地によって電磁シールド機能を付与可能な蓋部材によって、電磁波の出入りに起因したノイズが低減できる。また、給電用電極及び蓋部材の両方に導電性フィラーを接触させつつ、導電性フィラー同士の接近又は接触を抑制できる。したがって、蓋部材が接地できない不良品の発生率を低減しつつ、水晶振動素子と蓋部材とが短絡した不良品の発生率も低減できる。

一態様として、導電性フィラーは、球状の樹脂コアと、樹脂コアを覆う金属膜とを有している。

一態様として、樹脂コアは、スチレン系樹脂又はアクリル系樹脂であり、金属膜はニッケルである。

一態様として、樹脂系接着剤は、エポキシ系の熱硬化性樹脂である。

一態様として、導電性接着剤は、樹脂系接着剤に分散した絶縁性フィラーをさらに有し、導電性フィラーの粒径Ｒと、絶縁性フィラーの粒径ｒとは、ｒ＜Ｒの関係を満たす。
これによれば、絶縁性フィラーによる導電性フィラーの変形の阻害が抑制できる。したがって、蓋部材が接地できない不良品の発生率を低減できる。

本発明に係る実施形態は、水晶振動子に限定されるものではなく、圧電振動子にも適用可能である。圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）の一例が、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）である。水晶振動素子は、圧電効果によって励振される圧電片として、水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を利用するが、圧電片は、圧電単結晶、圧電セラミック、圧電薄膜、又は、圧電高分子膜などの任意の圧電材料によって形成されてもよい。一例として、圧電単結晶は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）を挙げることができる。同様に、圧電セラミックは、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ３；ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、メタニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ₂Ｏ₆）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）、又は、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などを挙げることができる。圧電薄膜は、石英、又は、サファイアなどの基板上に上記の圧電セラミックをスパッタリング工法などによって成膜したものを挙げることができる。圧電高分子膜は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、又は、フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）共重合体などを挙げることができる。上記の各種圧電材料は、互いに積層して用いられてもよく、他の部材に積層されてもよい。

本発明に係る実施形態は、タイミングデバイス、発音器、発振器、荷重センサなど、圧電効果により電気機械エネルギー変換を行うデバイスであれば、特に限定されることなく適宜適用可能である。

以上説明したように、本発明の一態様によれば、ノイズを抑制しつつ不良品の発生を抑制可能な圧電振動子を提供できる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１…水晶振動子、
１０…水晶振動素子、
３０…ベース部材、
３１…基体、
３３ａ，３３ｂ…電極パッド、
３３ｃ…上面電極、
３４ａ～３４ｄ…側面電極、
３５ａ～３５ｄ…外部電極、
３９…保護膜、
４０…蓋部材、
４１…天壁部、
４２…側壁部、
４３Ｂ…対向面、
５０…接合部材、
５１…樹脂系接着剤、
５２…導電性フィラー、
５３…絶縁性フィラー、

Claims (7)

1. 圧電振動素子と、
   前記圧電振動素子が搭載されたベース部材と、
   前記ベース部材との間に前記圧電振動素子が配置された内部空間を形成する導電性材料の蓋部材と、
   前記ベース部材と前記蓋部材とを接合する、導電性接着剤によって設けられた接合部材と、
   を備え、
   前記蓋部材は、天壁部と、前記天壁部の外縁から前記ベース部材に向かって延びる側壁部とを有し、前記側壁部は、前記ベース部材に対向する対向面を有し、
   前記ベース部材には、前記圧電振動素子が接続される給電用電極と、接地に用いられる接地用電極とが設けられ、前記接地用電極は、前記接合部材を介して前記蓋部材に電気的に接続されており、
   前記導電性接着剤は、樹脂系接着剤と、前記樹脂系接着剤に分散した導電性フィラーとを有しており、
   前記導電性接着剤の総体積に対する前記導電性フィラーの体積の比率は、３ｖｏｌ％以上１８ｖｏｌ％以下であり、
   前記ベース部材には、少なくとも前記対向面と対向する前記給電用電極の領域を覆う保護膜が絶縁性材料によって設けられ、前記保護膜は、前記接合部材と接触しており、
   前記接地用電極と前記対向面との間のギャップＧ１と、前記保護膜と前記対向面との間のギャップＧ２と、前記導電性フィラーの粒径Ｒとは、
   Ｇ１＜Ｒ＜Ｇ２
   の関係を満たす、圧電振動子。
2. 前記導電性フィラーは、球状の樹脂コアと、前記樹脂コアを覆う金属膜とを有している、
   請求項１に記載の圧電振動子。
3. 前記樹脂コアは、スチレン系樹脂又はアクリル系樹脂であり、
   前記金属膜はニッケルである、
   請求項２に記載の圧電振動子。
4. 前記樹脂系接着剤は、エポキシ系の熱硬化性樹脂である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動子。
5. 前記導電性接着剤は、前記樹脂系接着剤に分散した絶縁性フィラーをさらに有し、
   前記導電性フィラーの粒径Ｒと、前記絶縁性フィラーの粒径ｒとは、
   ｒ＜Ｒ
   の関係を満たす、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動子。
6. 前記導電性フィラーの一部は、前記接地用電極と前記蓋部材とに挟まれて変形している、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電振動子。
7. 前記給電用電極は、
   前記ベース部材の前記蓋部材側の上面に設けられ、前記上面を平面視したときに前記接合部材によって囲まれた電極パッドと、
   前記ベース部材の側面部に設けられた側面電極と、
   前記上面に設けられ、前記電極パッドと前記側面電極とを電気的に接続する配線電極と、
   を有する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動子。

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