JPH08111627A

JPH08111627A - 圧電部品

Info

Publication number: JPH08111627A
Application number: JP27297894A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Maesaka; 通伸前阪; Masato Higuchi; 真人日口
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1996-04-30
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JP3183065B2

Abstract

(57)【要約】【目的】小型でかつ封止性に優れた表面実装型の圧電部
品をする。【構成】アルミナ製基板１０上に圧電素子２０を接着固
定し、共振子素子２０の電極２２，２３を基板上に形成
された外部電極１１，１２に接続する。基板１０上に圧
電素子２０を覆う金属製キャップ３０を接着剤２５によ
り接着封止する。キャップ３０は、その開口部３１の外
周にフランジ部が形成されるように薄肉金属板を絞り成
形した後、フランジ部をキャップの外側面の近傍位置で
かつ外側面と平行にカットしたものである。開口部３１
は基板１０に対してほぼ線接触状態で接着封止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電部品、特に表面実装
型の圧電部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電部品の一例として図１に示さ
れるような表面実装型の圧電発振子が知られている。表
面実装型の圧電発振子は、実装時に洗浄処理を行うた
め、製品に液密性が必要である。液密性確保のため、電
極２，３を形成したアルミナ製基板１上に発振子素子４
を搭載した後、その上からアルミナ製キャップ５を被
せ、接着剤６で封止している。

【０００３】しかしながら、アルミナ製キャップ５は成
形，焼成コストがかかり、高価なうえ、加工面から肉厚
が最低でも０．５ｍｍ程度必要になるという欠点があ
る。圧電発振子はＩＣと合わせて使用することが多く、
製品高さをＩＣの高さ以下にするのが望ましい。ＩＣの
高さは近年非常に低くなり（例えば１．２ｍｍ程度）、
アルミナ製キャップを用いた場合には要求される製品高
さを満足できない場合があった。

【０００４】製品高さを低くするため、アルミナ製キャ
ップに代えて、図２に示すような薄肉金属板を絞り成形
したキャップ７を用いることが考えられる。このキャッ
プ７の開口部外周には、封止性と接着強度を確保するた
め、フランジ部７ａが全周に形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際に加工
したフランジ形状をみると、均一な平坦面が形成されて
おらず、図３のようなフランジしわが発生しやすい。ま
た、フランジ部７ａの幅も、図４のように不均一になり
やすい。このため、フランジ部７ａに接着剤などを塗布
し、アルミナ基板に接着すると、均一な接着力が得られ
ず、部分的に封止不良となることがある。

【０００６】また、平坦で均一幅のフランジ部７ａを形
成した場合であっても、実際に封止性および接着強度に
寄与しているのは、フランジ部７ａと基板１との接着面
ではなく、図５のようなフィレットと呼ばれる接着剤の
溜り部８である。しかし、キャップ７の板厚が薄くなる
と、それにつれてフィレット高さＨも低くなるため、十
分な接着強度が得られない。

【０００７】また、ハーメチックシールや半田封止に使
われている金属製キャップには、一般に０．５ｍｍ以上
の幅のフランジ部が形成されているが、その分だけ製品
寸法が大型化する問題がある。例えば、近年使用されて
いる表面実装型圧電発振子の場合、外形寸法が６ｍｍ×
２ｍｍ程度と非常に小型のものがあり、上記のようなフ
ランジ部の存在は小型化の大きな障害となる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、小型でかつ封止
性に優れた表面実装型の圧電部品をすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、絶縁性材料よりなる基板上に圧電素子を
接着固定し、圧電素子の電極を基板上に形成された外部
電極に接続するとともに、基板上に圧電素子を覆う金属
製キャップを接着封止した圧電部品であって、上記キャ
ップに基板の表面にほぼ線接触する開口部を形成したも
のである。上記キャップは、その開口部外周にフランジ
部が形成されるように薄肉金属板を絞り成形した後、フ
ランジ部をキャップの外側面の近傍位置でかつ外側面と
平行にカットしたものが望ましい。

【００１０】キャップと基板とを接着封止する材料とし
ては、接着剤，ガラス，半田などがあるが、金属とセラ
ミックとの接着性に優れ、かつ圧電素子がディポールし
ない温度で硬化させることができる点で、エポキシ系接
着剤を使用するのが望ましい。また、金属製キャップと
してアルミニウム合金製キャップを用いると、小型化，
加工性，強度の面で優れている。また、絶縁性基板とし
ては、アルミナ製基板のほか、ガラスエポキシ樹脂など
他の絶縁材料よりなる基板を用いてもよいが、強度およ
びコストの面でアルミナ製基板を用いるのが望ましい。

【００１１】

【作用】絶縁性の基板上に金属製キャップを接着した場
合、キャップの開口部には殆どフランジ部が形成されて
いないので、キャップを抱え込むように大きなフィレッ
トが形成され、接着力が増大する。また、フランジ部を
有しない分だけキャップを小型化でき、それにより製品
の外形も小型化できる。また、キャップを、薄肉金属板
を絞り成形した後、そのフランジ部をキャップの外側面
の近傍位置でかつ外側面と平行にカットすることにより
形成すれば、キャップの成形が簡単であるとともに、開
口部の平面度が向上し、封止性が向上する。

【００１２】

【実施例】図６は本発明の第１実施例である表面実装型
圧電部品を示す。この圧電部品は、基板１０と、圧電素
子の一例である発振子素子２０と、キャップ３０とで構
成されている。基板１０はアルミナセラミックスをシー
ト成形あるいはタブレット成形した厚み０．３〜０．７
ｍｍの薄板であり、この実施例では０．４ｍｍのものを
使用した。基板１０の両端部には２個の外部電極１１，
１２が形成されている。これら電極１１，１２は、スパ
ッタリング、蒸着、印刷、溶射など公知の方法で形成さ
れるが、この実施例では、固着強度と半田付け性を考慮
し、Ａｇ／Ｐｄ系焼付けタイプの導電ペーストを５〜２
０μｍの厚みに印刷し、８５０℃／１時間で焼成した。
上記電極１１，１２の端部は、基板１０の両側縁部に形
成された凹状のスルーホール部１０ａまで引き出され、
スルーホール部１０ａの内面に形成された電極と導通し
ている。なお、図６には図示しないが、基板１０の下面
にも上記電極１１，１２と導通する帯状電極が鉢巻き状
に形成されている。

【００１３】上記電極１１，１２の上には、導電性接着
剤や半田のような導電性と接着性の機能を併せ持つ材料
１３によって発振子素子２０が接着固定されている。こ
の実施例の発振子素子２０は公知の厚みすべり振動モー
ド発振子であり、圧電セラミックスまたは圧電単結晶か
らなる圧電基板２１の表面の一端側から約２／３の領域
に渡って電極２２が形成され、裏面の他端側から約２／
３の領域に渡って電極２３が形成されている。両電極２
２，２３の一端部は圧電基板２１を間にしてその中間部
位で対向し、振動部を構成しており、この振動部は材料
１３の厚みによって基板１０と接触しないように一定の
空間が確保されている。上記のように材料１３で接着す
ることにより、発振子素子２０の電極２２，２３はそれ
ぞれ電極１１，１２と電気的に導通する。

【００１４】キャップ３０は、発振子素子２０を覆うよ
うに基板１０上に接着剤２５によって接着されている。
この実施例のキャップ３０は、従来と同様に開口部３１
外周にフランジ部が形成されるように薄肉金属板を絞り
成形した後（図２参照）、フランジ部をキャップ３０の
外側面の近傍位置でかつ外側面と平行にカットしたもの
である。そのため、フランジしわに起因する開口部３１
の凹凸を小さくでき、開口部３１が基板１０に対してほ
ぼ線接触した状態で接着される（図７参照）。キャップ
３０と基板１０との接着代Ｄは、キャップ３０の板厚の
１〜３倍の範囲内、あるいは板厚＋０．３ｍｍ以内が適
当である。即ち、この実施例では板厚０．２ｍｍの金属
板を用いたので、接着代Ｄは板厚を含めて０．２〜０．
５ｍｍが適当であるが、ここでは製品寸法をできるだけ
小さくするため、絞り成形後のカット代だけを考慮し、
０．２５ｍｍとした。なお、キャップ３０の素材として
は、アルミニウム、Ａｌ合金（Ａ−５０００系），洋
白，鉄，４２アロイ等、公知の材料から選択すればよ
い。この実施例では、強度，成形性（小型化と寸法精
度），接着性を考慮して、Ａｌ合金（Ａ−５０００系）
を使用した。

【００１５】基板１０とキャップ３０とを接着する接着
剤２５には、耐熱性や耐薬品性からエポキシ系，エポキ
シ−アクリレート系，シリコーン系の接着剤が考えられ
るが、金属製キャップ３０との接着性とコスト面からエ
ポキシ系接着剤が望ましい。また、圧電セラミック材料
よりなる発振子素子２０の場合、高温下でディポールす
る性質があるが、エポキシ系接着剤は通常２００℃以下
で硬化するため、発振子素子２０をディポールさせる恐
れはない。ここでは、１５０℃／１時間で硬化する接着
剤を用いた。なお、接着剤２５の塗布方法は、基板１０
上への印刷，注入などがあるが、ここでは接着剤２５を
均一に延ばした槽にキャップ３０の開口部３１を漬け、
接着剤２５を転写する方法を採用した。これにより、図
７に示すように、キャップ３０と基板１０との間にはＨ
の高さを有するフィレット２６が形成された。

【００１６】以上の方法で圧電部品を製作し、その封止
性を従来品（フランジ付のキャップを用いたもの）と比
較試験した結果を表１，表２に示す。表１は封止性の規
格試験であり、圧電部品をフロリナート（商品名）に浸
漬し、３０秒間に接着部から泡が出る個数を測定した。
この中で、は２６０℃で３０秒間加熱を２回繰り返し
た後、フロリナートに浸漬したものであり、は−５５
℃から８５℃まで冷却−加熱を１００回繰り返した後、
フロリナートに浸漬したものであり、は６０℃，湿度
９５％の環境下で１０００時間放置した後、フロリナー
トに浸漬したものである。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１から明らかなように、従来品および本
発明品ともに、耐熱性，耐熱衝撃性および耐湿性につい
ては、優れた封止性能を備えていることが実証された。

【００１９】表２は封止性に関する限界試験である。
はプレッシャクッカテストであり、１２１℃、２気圧で
２０時間加圧した後、圧電部品をフロリナート（商品
名）に浸漬し、３０秒間に接着部から泡が出る個数を測
定した。はキャップの接着強度試験であり、基板に対
してキャップを交差させて接着し、基板からのキャップ
の剥離力を測定した。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２から明らかなように、従来品に比べて
本発明品は耐湿特性において優れた特性を有しており、
キャップの接着強度についても２割程度の強度向上を実
現できた。

【００２２】フランジ部を有するキャップ（図２参照）
を用いた場合、外形が５．０ｍｍ×０．４ｍｍの圧電素
子を収容するには、キャップの内寸は５．２ｍｍ×０．
６ｍｍ必要であるから、キャップの外寸は最低でも６．
２ｍｍ×１．６ｍｍ、基板の外形は最低でも６．６ｍｍ
×２．０ｍｍ必要である。これに対し、フランジを有し
ないキャップ（図７参照）を用いた場合には、キャップ
の外寸を５．７ｍｍ×１．１ｍｍ、基板の外形を６．１
ｍｍ×１．５ｍｍにできる。つまり、（６．１×１．５）÷（６．６×２．０）≒０．７となり、フランジを有しないキャップを用いた場合には
フランジ部を有するキャップを用いた場合に比べて製品
の外形寸法を約７０％に小型化できることになる。

【００２３】図８は本発明にかかる圧電部品の第２実施
例を示す。この実施例は、コルピッツ型発振回路に用い
られる１個の発振子素子Ｏと２個のコンデンサＣ₁，Ｃ
₂とを備えた負荷容量内蔵型発振子であり、その電気回
路は図９のようになる。

【００２４】基板４０は、第１実施例と同様に、アルミ
ナセラミックスなどの絶縁性基板よりなり、基板４０の
上面中央部には第１容量電極４１が形成され、上面両端
部には２個の外部電極４２，４３が形成されている。上
記電極４１〜４３の端子部４１ａ〜４３ａは、基板４０
の両側縁部に形成された凹状のスルーホール部４０ａま
で引き出され、スルーホール部４０ａの内面に形成され
た電極と導通している。なお、図８には図示しないが、
基板４０の下面にも上記電極４１〜４３と導通する帯状
電極が鉢巻き状に形成されている。

【００２５】上記基板４０の第１容量電極４１上、およ
びキャップ接着部に相当する部位上には、ペースト状の
誘電体層４５が一定厚みにかつ同時に形成されている。
誘電体層４５の材料としては、樹脂ベースやガラスベー
スがあるが、この実施例では絶縁性，耐湿性等を考慮し
てガラスベースを用いた。誘電体層４５の形成方法とし
ては、印刷、転写、ディスペンスなどがあるが、層の厚
みを正確にコントロールできるパターン印刷方式を用い
るのが望ましい。誘電体層４５の厚みは、目的とする負
荷容量値によって異なるが、電極４１〜４３による凹凸
を緩和し、かつ後述するキャップ５５と電極４１〜４３
との間の十分な絶縁性が確保されるように、例えば４０
μｍ程度とした。印刷後、乾燥処理を行い、さらに８５
０℃／１時間で焼成し、硬化処理を行った。この実施例
の誘電体層４５は、第１容量電極４１を覆う容量部４５
ａとキャップ接着部に対応する枠状の接着部４５ｂとを
連続的に形成し、両端部近傍に外部電極４２，４３の一
部が露出する２個の窓穴４５ｃを形成したものである
が、容量部４５ａと接着部４５ｂとを分離したものでも
よい。この場合には、誘電体ペーストの使用量を節約で
きる。

【００２６】上記誘電体層４５の上には、２個の第２容
量電極４６，４７がスパッタリング、蒸着、印刷、溶射
など公知の方法で形成される。これら容量電極４６，４
７は、その主要部が容量部４５ａを間にして第１容量電
極４１と対向しており、一部がそれぞれ外部電極４２，
４３と窓穴４５ｃを介して導通する。

【００２７】第２容量電極４６，４７の上には、導電性
接着剤４８のような導電性と接着性の機能を併せ持つ材
料によって発振子素子５０が接着固定されている。この
実施例の発振子素子５０も、第１実施例（図６参照）と
ほぼ同様の電極パターンを有する発振子素子である。即
ち、圧電基板５１の表面の一端側から約２／３の領域に
渡って電極５２が形成され、裏面の他端側から約２／３
の領域に渡って電極５３が形成されている。両電極５
２，５３の一端部は圧電基板５１を間にしてその中間部
位で対向し、振動部を構成しており、この振動部は導電
性接着剤４８の厚みによって第２容量電極４６，４７と
接触しないように一定の空間が確保されている。上記電
極５２，５３の他端部５２ａ，５３ａは圧電基板５１の
端面を経て他面側まで回り込んでいる。上記のように導
電性接着剤４８で接着することにより、発振子素子５０
の電極５２，５３はそれぞれ第２容量電極４６，４７と
電気的に導通する。

【００２８】キャップ５５は、上記発振子素子５０を覆
うように基板４０上に接着剤５６によって接着される。
なお、キャップ５５の開口部にはフランジが形成されて
いない。キャップ５５の材料としては、第１実施例と同
様のものを用いた。接着剤５６には例えばエポキシ系接
着剤を用い、キャップ５５の開口部底面に転写により塗
布した後、誘電体層４５の接着部４５ｂ上に接着し、硬
化させた。

【００２９】図１０は本発明にかかる圧電部品の第３実
施例を示す。この実施例も、第２実施例と同様にコルピ
ッツ型発振回路に用いられる負荷容量内蔵型発振子であ
る。第２実施例ではペースト状の誘電体層４５を用いて
コンデンサを形成したが、この実施例では別体のコンデ
ンサ素子を用いている。基板６０は、第１，第２実施例
と同様に、アルミナセラミックスなどの絶縁性基板より
なり、基板６０の中央部と両端部の表裏面には３個の外
部電極６１〜６３が形成されている。上記電極６１〜６
３の端部は、基板６０の両側縁部に形成された凹状のス
ルーホール部６１ａ〜６３ａまで引き出され、スルーホ
ール部６１ａ〜６３ａの内面に形成された電極を介して
表裏の外部電極６１〜６３が互いに導通している。上記
基板６０の上面でかつ上記電極６１〜６３の上側には、
キャップ接着部に相当する枠形の絶縁体層６４が一定厚
みに形成されている。絶縁体層６４の材料としては、樹
脂ベースやガラスベースなどがあり、その形成方法とし
ては、印刷、転写、ディスペンスなど公知の方法を用い
ればよい。

【００３０】上記基板６０上には、導電性接着剤のよう
な導電性と接着性の機能を併せ持つ材料６５〜６７によ
って、発振子素子７０とコンデンサ素子８０とを積層一
体化したものが接着固定されている。この実施例の発振
子素子７０も、第１，第２実施例と同様の厚みすべり振
動モードの発振子素子である。即ち、図１１に示すよう
に、圧電基板７１の表面の一端側から約２／３の領域に
渡って電極７２が形成され、裏面の他端側から約２／３
の領域に渡って電極７３が形成されている。両電極７
２，７３の一端部は圧電基板７１を間にしてその中間部
位で対向し、振動部を構成している。上記電極７２，７
３の他端部７２ａ，７３ａは圧電基板７１の両端面を経
て他面側まで回り込んでいる。

【００３１】また、コンデンサ素子８０は、図１２に示
すように、発振子素子７０と同長，同幅の誘電体基板
（例えばセラミックス基板）８１の表面に、両端から中
央に向かって延びる２個の個別電極８２，８３を形成
し、裏面には上記個別電極８２，８３と対向する１個の
共通電極８４を形成したものであり、個別電極８２，８
３と共通電極８４との対向部で２個の容量部が形成され
る。なお、個別電極８２，８３の端部８２ａ，８３ａ
は、誘電体基板８１の両端面を経て裏面側まで回り込ん
でいる。

【００３２】発振子素子７０の裏面とコンデンサ素子８
０の表面は、その両端部で導電性接着剤のような導電性
と接着性の機能を併せ持つ材料９０，９１によって、接
着固定されている。この時、発振子素子７０の振動部と
コンデンサ素子８０との間には、材料９０，９１の厚み
によって所定の振動空間が形成される。このようにし
て、発振子素子７０の一方の電極７３とコンデンサ素子
８０の一方の個別電極８２とが接続され、他方の電極７
２と他方の個別電極８３とが接続される。なお、発振子
素子７０の表面の両端部上には、樹脂などからなる周波
数調整用のダンピング材９２，９３が塗布されている。
発振子素子７０とコンデンサ素子８０とを接着一体化し
た後、コンデンサ素子８０の裏面側を材料６５〜６７に
よって基板６０に接着すると、コンデンサ素子８０の一
方の個別電極８２の端部８２ａが電極６１に、他方の個
別電極８３の端部８３ａが電極６３に、共通電極８４が
電極６２にそれぞれ接続される。

【００３３】キャップ１００は、上記発振子素子７０お
よびコンデンサ素子８０を覆うように基板６０上に接着
剤１０１によって接着される。なお、キャップ１００の
開口部にはフランジが形成されていない。キャップ１０
０の材料としては、第１実施例と同様の材料を用いた。
接着剤１０１には、第１実施例と同様に、例えばエポキ
シ系接着剤を用い、キャップ１００の開口部底面に転写
により塗布した後、絶縁体層６４の上に接着し、硬化さ
せた。

【００３４】なお、本発明は上記実施例のような発振子
や負荷容量内蔵型発振子のほか、フィルタ等の他のあら
ゆる圧電部品にも適用できることは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、フランジ部を殆ど有しない金属製キャップを用
いたので、フランジ付のキャップに比べて外形寸法を小
さくでき、小型の圧電部品を得ることができる。また、
フランジ部の形成に起因するしわや接着面の不均一さを
解消できるので、キャップの開口部の平面度を確保で
き、基板とキャップとの封止性を向上させることができ
る。さらに、接着材料がキャップの開口部を抱え込むよ
うにフィレットを形成するため、キャップの板厚が薄く
てもフィレットを高く形成でき、強い接着力で基板とキ
ャップとを接着できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表面実装型圧電部品の分解斜視図であ
る。

【図２】金属製キャップの一例の一部断面側面図であ
る。

【図３】図２のキャップの一部拡大図である。

【図４】図２のキャップの底面図である。

【図５】図２のキャップと基板との接着部の拡大図であ
る。

【図６】本発明の一例の圧電部品の分解斜視図である。

【図７】本発明にかかるキャップと基板との接着部の拡
大図である。

【図８】本発明の第２実施例の負荷容量内蔵型発振子の
分解斜視図である。

【図９】図８に示された発振子の電気回路図である。

【図１０】本発明の第３実施例の負荷容量内蔵型発振子
の分解斜視図である。

【図１１】図１０に示された発振子で用いられる発振子
素子の表裏面図である。

【図１２】図１０に示された発振子で用いられるコンデ
ンサ素子の表裏面図である。

【符号の説明】

１０基板１１，１２外部電極２０発振子素子（圧電素子）２２，２３電極２５接着剤３０キャップ３１開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性材料よりなる基板上に圧電素子を接
着固定し、圧電素子の電極を基板上に形成された外部電
極に接続するとともに、基板上に圧電素子を覆う金属製
キャップを接着封止した圧電部品であって、上記キャップには、基板の表面にほぼ線接触する開口部
が形成されていることを特徴とする圧電部品。
【請求項２】請求項１に記載の圧電部品において、上記キャップは、その開口部外周にフランジ部が形成さ
れるように薄肉金属板を絞り成形した後、フランジ部を
キャップの外側面の近傍位置でかつ外側面と平行にカッ
トしたものであることを特徴とする圧電部品。
【請求項３】請求項１または２に記載の圧電部品におい
て、上記基板上に形成された第１容量電極および２個の外部
電極と、第１容量電極上に一定厚みに形成されたペースト状誘電
体層と、誘電体層上に、主要部が誘電体層を間にして第１容量電
極と対向し、かつ一部がそれぞれ外部電極と導通するよ
うに形成された２個の第２容量電極とを備え、上記第２容量電極上に、電極がそれぞれ第２容量電極と
導通するように圧電素子が取り付けられていることを特
徴とする圧電部品。
【請求項４】請求項１または２に記載の圧電部品におい
て、上記圧電素子には、一主面に２個の個別電極を有し、他
主面に上記個別電極と対向する共通電極を有するコンデ
ンサ素子が接着され、かつコンデンサ素子の個別電極と
圧電素子の２個の電極とが互いに電気的に接続され、上記基板には３つの外部電極が形成され、基板の２個の外部電極にコンデンサ素子の個別電極と圧
電素子の電極とが接続されるとともに、基板の残りの１
個の外部電極にコンデンサ素子の共通電極が接続されて
いることを特徴とする圧電部品。