JPH08204491A

JPH08204491A - 圧電部品

Info

Publication number: JPH08204491A
Application number: JP2617095A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Maesaka; 通伸前阪; Koji Watabe; 浩司渡部
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】低背化が可能で、キャップと基板との封止接着
性を高めることができる圧電部品を提供する。【構成】セラミック基板１０上に圧電素子２０を固定す
るとともに、セラミック基板１０上に圧電素子２０を覆
う金属製キャップ３０を封着する。キャップ３０に陽極
酸化処理により表面改質したアルミニウムまたはその合
金を用い、このキャップ３０を接着剤２５によりセラミ
ック基板１０に固定する。

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】表面実装型の圧電部品は、取付面積もさ
ることながら、回路基板の集積度を上げるため、低背化
が要求されている。その中でも、圧電発振子は、マイコ
ンの基準発振回路を構成するため、ＩＣと組み合わせて
使用されることが多い。ＩＣは近年小型化が進み、高さ
１．６ｍｍのものが主流となっている。さらに、次のス
テップとしては高さ１．２ｍｍになることが考えられ、
圧電発振子もこれに合わせて低背化してゆく必要があ
る。

【０００３】圧電発振子は、一般的には図１に示すよう
に、電極２，３を形成した基板１に圧電素子４を搭載
し、その上からキャップ５を被せ、接着剤６で封止する
構造となっている。基板１は、強度、電極２，３の形
成、耐熱性などの理由から、一般的にはセラミック材
料、特にアルミナが用いられている。また、キャップ５
にも、基板１と同材質とする点からアルミナが用いられ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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程度必要であ
る。そのため、上述のような高さ１．２ｍｍの圧電部品
を得ることは到底できない。

【０００５】製品高さを低くするため、金属製キャップ
を用いることが考えられる。しかし、金属製キャップと
アルミナ製基板とを接着剤によって接着しても、一般に
両者の接着性は悪い。また、金属材料とセラミックとの
封止接着方法として、接着剤以外にガラス封止がある
が、圧電セラミックを用いた発振子の場合、ガラス溶融
温度で圧電性が失われる（ディポール）ため、採用でき
ない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、低背化が可能
で、キャップと基板との封止接着性を高めることができ
る圧電部品を提供することにある。

【０００７】

【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、セラミック基板上に圧電素子を固定する
とともに、上記セラミック基板上に上記圧電素子を覆う
金属製キャップを封着してなる圧電部品において、上記
キャップに酸化処理により表面改質した金属材料を用
い、このキャップを接着剤によりセラミック基板に固定
したものである。

【０００８】キャップの素材としては、小型化および加
工性の面で、アルミニウムもしくはその合金を用いるの
が望ましい。また、金属材料としてアルミニウムまたは
その合金を用いた場合、これに陽極酸化処理（所謂アル
マイト処理）を行うと、アルミニウムの強度が向上する
だけでなく、表面の絶縁処理を兼ねることができる。セ
ラミック基板としては、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。アルマイト処理を行っ
たキャップと、アルミナ製の基板とを接着した場合、両
者は同材質となるため、接着性が向上する。接着剤とし
ては、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。

【０００８】

【作用】セラミック基板の上にキャップを接着する場
合、キャップに酸化処理により表面改質した金属材料を
用いると、キャップの表面には多孔質層が形成されるの
で、この層に接着剤が入り込んで優れたアンカー効果を
発揮でき、高い接着強度が得られる。また、キャップの
表面には絶縁性の酸化膜が形成されるため、外部との絶
縁性が向上し、回路基板への集積時、他部品がキャップ
に接触しても何ら障害が生じない。また、同様に内部に
配置される圧電素子との間の絶縁性も確保され、特性の
安定した圧電部品を得ることができる。

【０００９】

【実施例】図２は本発明の第１実施例である表面実装型
圧電発振子を示す。この圧電発振子は、基板１０と、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０．３〜０．７ｍｍ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５〜２０μｍ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２には図示しないが、基板１０の下面にも上記電極１
１，１２と導通する帯状電極が鉢巻き状に形成されてい
る。

【００１０】上記電極１１，１２の上には、導電性接着
剤１３や半田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、図３のように、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２２，２３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、振動部を構成している。こ
の振動部は基板１０と接触しないように、導電性接着剤
１３の厚みによって一定の空間が確保されている。上記
電極２２，２３の他端部２２ａ，２３ａは圧電基板２１
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１３で接着することにより、発振子素子２
０の電極２２，２３はそれぞれ電極１１，１２と電気的
に導通する。なお、発振子素子２０の電極パターンは上
記のものに限らず、図４のような電極パターンであって
もよい。図４において、図３と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。

【００１１】キャップ３０は、上記発振子素子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。キャップ３０は図５のように金属板を縦断面Ｕ字形
に深絞り形成したものであるが、圧印加工やダイキャス
ト加工を用いてもよい。キャップ３０の材質としては、
成形性，強度の面から、厚み０．２ｍｍのアルミニウム
合金（Ａ−５０００系）３１ａを用い、この材料３１ａ
を板材の状態で陽極酸化処理を施して表面に多孔質酸化
層３１ｂを形成した。陽極酸化処理としては、硫酸浴に
よる方式のほか、しゅう酸浴、クロム酸などの方式を用
いてもよい。酸化層の厚みは１０μｍ〜１００μｍ程度
まで任意に設定できる。上記のように板材の状態で陽極
酸化処理を施した後、深絞り成形した場合には、加工コ
ストが従来に比べて殆ど増加しない。しかも、部品コス
トに占める材料費率が小さいため、酸化処理コストが多
少増加しても、部品コストは僅かに増加するのみであ
る。なお、深絞り成形した後に陽極酸化処理を施しても
よいことは勿論である。上記のように０．２ｍｍ厚の金
属製キャップ３０を用いた場合、基板１０の厚みが０．
４ｍｍ、振動空間が０．５５ｍｍとして、全体として製
品高さが１．１５ｍｍとなり、目標とする１．２ｍｍ以
下の低背型圧電発振子を得ることが可能となる。

【００１２】接着剤２５としては、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。な
お、キャップ３０と基板１０とは界面化学上はアルミナ
同士の接着となるため、品質的にはセラミックとの相性
のみを考慮して選定すればよい。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。接着剤２５の塗布方法としては、基板
１０へ直接印刷または注入してもよいが、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３２
を漬け、接着剤２５を転写する方法を採用した。

【００１３】以上の方法で圧電発振子を製作し、その封
止性を試験した結果を表１に示す。表１では、圧電発振
子をフロリナート（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１０回繰り返した後、フロリナート
に浸漬したものであり、は−４０℃から１２５℃まで
冷却−加熱を１０００回繰り返した後、フロリナートに
浸漬したものであり、は１０〜５５Ｈｚの振動を２時
間加えた後、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。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１から明らかなように、耐熱性，耐熱衝
撃性，耐振動性，耐湿性の何れの試験でもリーク不良は
なく、優れた封止性能を備えていることが実証された。

【００１６】表２はアルミニウム素地とアルミナ板との
接着強度と、陽極酸化処理したものとアルミナ板との接
着強度とを比較したものである。試料Ａは、アルミニウ
ム合金（Ａ−５０００）を３ｍｍ幅にカットし、同寸の
アルミナ板と９０°交差させて重ね合わせた後、間に
０．１ｍｇの接着剤を塗布して接着したもの、試料Ｂは
アルミニウム合金（Ａ−５０００）を陽極酸化処理した
ものを３ｍｍ幅にカットし、同寸のアルミナ板と９０°
交差させて重ね合わせた後、間に０．１ｍｇの接着剤を
塗布して接着したものである。

【００１７】

【表２】表２から明らかなように、陽極酸化処理した場合には、
接着強度が２〜４倍程度上昇していることがわかる。

【００１８】さらに、キャップ３０の陽極酸化層３１ｂ
を１０μｍの厚さで形成した場合、外部より３ｋｇｆで
加圧して１０⁸Ω以上の絶縁性を確保できた。同様に、
キャップ３０の内表面にも陽極酸化層３１ｂが形成され
るので、圧電素子２０との間の絶縁性も確保される。そ
のため、圧電素子２０がキャップ３０と接触しても何ら
障害がない。また、キャップ３０を陽極酸化処理するこ
とで、キャップ３０の耐腐食性が向上し、耐久性に優れ
た圧電部品を得ることができる。

【００１９】図６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７のようになる。

【００２０】基板４０は、第１実施例と同様に、アルミ
ナセラミックスよりなり、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６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。

【００２１】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。

【００２２】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４５ａ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。

【００２３】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。

【００２４】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３参照）と
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５２，５
３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５
２，５３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。

【００２５】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。
キャップ５５の材料としては、第１実施例と同様に、ア
ルミニウム合金（Ａ−５０００系）を陽極酸化処理した
ものを用いた。接着剤５６には、第１実施例と同様にエ
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。この実施例の場合も、第１実施例と
同様に、キャップ５５と基板４０との間に十分な接着強
度が得られた。

【００２６】図８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。

【００２７】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６１〜６３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。

【００２８】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９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。

【００２９】また、コンデンサ素子８０は、図１０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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。キャップ１００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１０
１も、第１実施例と同様の材料を用い、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。この実施例でも、第１実施例
と同様な効果を発揮できた。

【００３３】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
ゆる表面実装型圧電部品に適用できる。また、キャップ
の材質としては、アルミニウムまたはその合金に限ら
ず、酸化処理により表面改質可能な如何なる金属材料を
用いることも可能である。

【００３４】

【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、酸化処理により表面改質した金属材料よりなる
キャップを接着剤によりセラミック基板に固定したの
で、接着剤がキャップの多孔質酸化層に入り込み、アン
カー効果により接着強度が向上する。そのため、高温下
や振動条件のもとでも十分な封止性を確保できる。ま
た、加工容易で安価な金属製キャップを用いることがで
きるので、アルミナ製キャップを用いた従来品に比べて
安価に製造できるとともに、アルミナ製キャップを用い
た従来品では達成しえなかった低背化を実現できる。さ
らに、酸化層が絶縁性を示すことから、外部との絶縁性
を確保でき、基板集積時に他部品がキャップに接触して
も、何ら障害が生じず、集積度を上げても問題がない。
同様に、内部の圧電素子との絶縁性向上にも寄与する。
また、キャップを酸化処理することで、キャップ自身の
耐蝕性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表面実装型圧電発振子の分解斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例の圧電発振子の分解斜視図
である。

【図３】図１に示された圧電発振子で用いられる発振子
素子の表裏面図である。

【図４】発振子素子の他の例の表裏面図である。

【図５】金属製キャップの一部断面側面図である。

【図６】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７】図６に示された発振子の電気回路図である。

【図８】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９】図８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１０】図８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アルミナ製基板１３導電性接着剤２０発振子素子（圧電素子）２５接着剤３０キャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板上に圧電素子を固定すると
ともに、上記セラミック基板上に上記圧電素子を覆う金
属製キャップを封着してなる圧電部品において、上記キャップに酸化処理により表面改質した金属材料を
用い、このキャップを接着剤によりセラミック基板に固
定した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、上記金属材料はアルミニウムまたはその合金であること
を特徴とする圧電部品。
【請求項３】請求項２に記載の圧電部品において、上記酸化処理は陽極酸化処理であり、セラミック基板は
アルミナ製基板であることを特徴とする圧電部品。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電
部品において、上記キャップは、金属材料の素材に酸化処理を行った
後、キャップ形状に絞り加工したものであることを特徴
とする圧電部品。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電
部品において、上記セラミック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６】請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電
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、上記セラミック基板には３個の外部電極が形成され、セラミック基板の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、セラ
ミック基板の残りの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。