CN104838589A

CN104838589A - 压电部件

Info

Publication number: CN104838589A
Application number: CN201380064037.4A
Authority: CN
Inventors: 岩河庆明
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-08-12
Also published as: EP2940864B1; EP2940864A4; US20150333728A1; JP5941162B2; JPWO2014104110A1; WO2014104110A1; EP2940864A1; US9837978B2

Abstract

提供一种抑制了振动的泄露的振动特性的劣化少的压电部件。本发明的压电部件包含支撑基板(1)、和搭载在支撑基板(1)上的压电元件(2)，压电元件(2)在一个主面以及另一个主面具备电极(振动电极(22)、(23))，使得电极具有相互对置的区域，并且在除了电极(振动电极(22)、(23))对置的区域以外的一个主面以及另一个主面中的至少一方具备沿宽度方向延伸的凹下区域(24)，凹下区域(24)的沿宽度方向延伸的角部的至少一部分成为曲面。

Description

压电部件

技术领域

本发明涉及能够获得高可靠性以及高精度的频率特性的压电部件。

背景技术

作为微型计算机等的时钟脉冲振荡器用的小型谐振器，多使用利用了压电元件的压电谐振器。例如，如图7所示，已知一种压电部件(压电谐振器)，具备支撑基板61和两端通过导电性接合材料62固定在该支撑基板61上的压电元件63，且通过设置在支撑基板61的上表面的电极64以及设置在下表面的电极65形成电容来设为电容元件(参照专利文献1)。

在此，压电元件构成为，在将压电陶瓷形成为薄长方形状而成的基板的两主面形成振动电极，使得振动电极分别向长边方向的不同朝向延伸。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2005-210404号公报

发明内容

发明要解决的课题

将上述压电元件搭载于支撑基板上的压电部件追求更加小型化。但是，由压电元件上的对置的振动电极形成且被封闭的振动，经由因小型化而接近的两端的导电性接合材料62向外部泄露，有振动能量降低、振动特性下降的担心。

本发明鉴于上述情况而完成，目的在于提供一种抑制了振动泄露的振动特性优异的压电部件。

解决课题的手段

本发明的压电部件的特征在于，包含支撑基板、和搭载在该支撑基板上的压电元件，该压电元件在一个主面以及另一个主面上具备电极，使得电极具有相互对置的区域，并且在除了该电极对置的区域以外的所述一个主面以及所述另一个主面中的至少一方具备沿宽度方向延伸的凹下区域，该凹下区域中的靠近所述电极的一侧的沿所述宽度方向延伸的角部的至少一部分成为曲面。

发明效果

根据本发明，在厚度变薄的凹下区域中振动波的传播得到抑制，因此振动向压电元件的两端的泄露得到抑制。进而，在凹下区域中靠近电极的一侧的沿宽度方向延伸的角部的至少一部分成为曲面，因此能够抑制振动的反射所引起的脉动的产生。因此，能够实现振动特性优异的压电部件。

附图说明

图1(a)是表示本发明的压电部件的实施方式的一例的部分省略概略俯视图，(b)是在(a)所示的A-A线上进行了切断的概略剖面图，(c)是(a)所示的压电部件的主要部分的放大立体图。

图2(a)是表示本发明的压电部件的实施方式的其他例子的部分省略概略俯视图，(b)是在(a)所示的A-A线上进行了切断的概略剖面图，(c)是(a)所示的压电部件的主要部分的放大立体图。

图3(a)～(c)是本发明的压电部件的实施方式的其他例子的主要部分放大立体图。

图4(a)是表示本发明的压电部件的实施方式的其他例子的部分放大剖面图，(b)是(a)所示的区域X的放大图，(c)是(a)所示的区域Y的放大图。

图5(a)是表示本发明的压电部件的实施方式的又一其他例子的部分放大剖面图，(b)是(a)所示的区域X的放大图，(c)是(a)所示的区域Y的放大图。

图6(a)是表示本发明的压电部件的实施方式的其他例子的部分省略概略俯视图，(b)是在(a)所示的A-A线上进行了切断的概略剖面图，(c)是(a)所示的压电部件的主要部分的放大立体图。

图7(a)是表示现有的压电部件的实施方式的一例的部分省略概略俯视图，(b)是在(a)所示的A-A线上进行了切断的概略剖面图。

具体实施方式

参照附图对本发明的压电部件的实施方式的例子详细进行说明。

图1(a)是表示本发明的压电部件的实施方式的一例的部分省略(盖体省略)概略俯视图，图1(b)是在图1(a)所示的A-A线上进行了切断的概略剖面图，图1(c)是图1(a)所示的压电部件的主要部分的放大立体图。

图1所示的例子的压电部件，包含支撑基板1、和搭载于支撑基板1上的压电元件2，压电元件2在一个主面以及另一个主面以具有相互对置的区域的方式具备电极(振动电极22、23)，并且在除了电极(振动电极22、23)对置的区域之外的一个主面以及另一个主面中的至少一方设置有沿宽度方向延伸的凹下区域24，凹下区域24中的靠近电极(振动电极22、23)的一侧的沿宽度方向延伸的角部的至少一部分成为曲面。

支撑基板1包含例如形成为长度是2.5mm～7.5mm、宽度是1.0mm～3.0mm、厚度是0.1mm～1mm的长方形状的平板的支撑基板主体11。作为该支撑基板主体11，可以使用氧化铝或钛酸钡等陶瓷材料、以及玻璃环氧等树脂系材料。

在构成支撑基板1的支撑基板主体11的下表面，设置有一对信号端子121、122以及接地端子13，从支撑基板主体11的上表面一直到侧面，与一对信号端子121、122电连接地设置有布线导体141、142。它们是对例如包含金、银、铜、铝、钨等金属粉末的导电性膏剂进行印刷并使之烧结而成的。此外，根据需要也可以形成有Ni/Au、Ni/Sn等的镀层。

压电元件2具备压电体21、和分别设置于压电体21的两主面的电极(振动电极22、23)。

该压电元件2搭载于支撑基板1上。具体来说，压电元件2的两端部通过导电性接合材料3而固定在支撑基板1上，使得在振动电极(22、23)间被激励的振动能够进行振动。

构成压电元件2的压电体21例如形成为长度是1.0mm～5.0mm、宽度是0.2mm～2mm、厚度是40μm～1mm的长方形状的平板。该压电体21例如可以由如下材料形成：对以钛酸铅、锆钛酸铅、铌酸钠、铌酸钾、铋层状化合物等为基材的压电陶瓷，在长度方向或厚度方向上进行了极化处理的材料；在使用水晶、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶的情况下选择了适当的晶体取向的材料。

此外，压电元件2在压电体21的一个主面以及另一个主面具备配置成分别具有相互对置的区域的电极(振动电极22、23)。设置在压电体21的上侧主面的振动电极22被设置成从长边方向的一个端部向另一个端部侧延伸，设置在压电体21的下侧主面的振动电极23被设置成从长边方向的另一个端部向一个端部侧延伸，且分别具有相互对置的区域。该振动电极22、23可以采用例如金、银、铜、铝等金属，分别在压电体21的表面附着例如0.1μm～3μm的厚度。而且，压电元件2的振动电极22经由导电性接合材料3与布线导体141电连接，并且压电元件2的振动电极23经由导电性接合材料3与布线导体142电连接。

导电性接合材料3还具有在支撑基板1的上表面与压电元件2的下表面之间确保给定的空间(间隙)的功能。作为这种导电性接合材料3，可以使用例如焊锡或导电性粘接剂等，若为焊锡，则可以使用例如由铜、锡、银构成的不含铅的材料等，若为导电性粘接剂，则可以使用含有75～95质量％的银、铜、镍等的导电性粒子的环氧系的导电性树脂或硅酮系的树脂。

这种压电元件2，在从两端部向振动电极22以及振动电极23之间施加了电压时，在振动电极22与振动电极23对置的区域中，会以特定的频率产生厚度纵向振动或者厚度剪切振动的压电振动。此外，因对置的电极的重量而发生振动的封闭。

另外，在支撑基板1上以覆盖压电元件2的方式设置有盖体4。该盖体4通过粘接剂等而被接合在支撑基板1的上表面的周缘部，由此，具有如下功能：保护容纳在与支撑基板1一起形成的空间内的压电元件2不受来自外部的物理的影响或化学的影响的功能；和用于防止水等异物浸入与支撑基板1一起形成的空间内的气密密封功能。作为盖体4的材料，例如，可以采用SUS等金属、氧化铝等陶瓷、树脂、玻璃等。此外，也可以使环氧树脂等绝缘性树脂材料以25～80质量％的比例含有无机填料来减小与支撑基板1的热膨胀系数之差。

而且，在除了电极(振动电极22或振动电极23)对置的区域之外的一个主面以及另一个主面中的至少一方设置有沿宽度方向延伸的凹下区域24。另外，在图中，凹下区域24和与该凹下区域24设置在同一主面上的电极(振动电极22或振动电极23)隔开间隔而设置。

作为该凹下区域24，例如如图1所示，可以列举与电极(振动电极22或振动电极23)隔开间隔而遍及到端面的凹下形状、换言之与电极(振动电极22或振动电极23)隔开间隔而设置有台阶的形状。作为凹下区域24的深度，例如为0.01mm以上到压电体21的厚度的50％以下的深度，这在维持压电元件2的强度、同时显现后述的效果的方面优选。

此外，沿宽度方向延伸，意味着延伸到压电元件2(压电体21)的宽度方向的距离的至少一半以上而形成，尤其优选遍及宽度方向的整个范围而形成。

通过具有这种凹下区域24，有效地显现了振动能量的封闭，且振动波向凹下区域24的外侧(端面侧)的传播得到抑制，因此即使在因进一步的小型化而导致与未设置振动电极22、23的区域的端部之间的间隔减小从而振动容易传递到端部的情况下，振动向压电元件2的端部的泄露也得到抑制。因此，振动能量的下降得到抑制，能够实现振动特性优异的能够进一步小型化的压电部件。

而且，凹下区域24中的至少靠近电极(振动电极22、23)的一侧的沿宽度方向延伸的角部241的至少一部分成为曲面242(R面)。

在此，至少一部分意味着角部241的宽度方向(压电元件2的宽度方向)的距离的至少3分之1以上的区域，尤其优选一半以上的区域。此外，靠近电极(振动电极22、23)的一侧的角部241意味着，凹下区域24中的靠近电极(振动电极22、23)的一侧的、开口部侧的角部241以及底面侧的角部241这两者，但由于开口部侧容易振动且设置成曲面242的效果好，因此曲面242设置于开口部侧的角部241为宜。

另外，将开口部侧的角部241的曲面从纵剖面(压电元件2的沿长边方向的剖面)观察时的曲率半径设定为例如0.005～0.05mm，将底面侧的角部241的曲面从纵剖面(压电元件2的沿长边方向的剖面)观察时的曲率半径设定为例如0.005～0.5mm。

虽然在凹下区域24产生朝向内侧(电极侧)的反射波，但由于凹下区域24中的至少靠近电极(振动电极22、23)的一侧的沿宽度方向延伸的角部241的至少一部分成为曲面242，因而反射面的角度在厚度方向上变化，由此反射波被分散而被衰减，因此能够抑制角部241对振动的反射所引起的脉动产生。因此，能够抑制脉动的产生所引起的振动的特性下降(谐振特性下降)。

这种效果，只要凹下区域24的厚度薄的部位位于电极(振动电极22或振动电极23)对置的区域与导电性接合材料3之间则能够获得。

在此，虽然仅在一个主面设置凹下区域24也有效果，但通过在压电元件2(压电体21)的一个主面以及另一个主面这两个主面设置凹下区域24，从而在两个主面上振动波向凹下区域24的外侧(端面侧)的传播得到抑制，因此振动向压电元件2的两端部的泄露得到抑制。而且，由于各个凹下区域24中的靠近电极(振动电极22或振动电极23)的一侧的沿宽度方向延伸的角部241的至少一部分成为曲面，因此能够在两个主面上抑制振动的反射所引起的脉动的产生。因此，能够实现振动特性更加优异的压电部件。

此外，作为凹下区域24，如图2所示优选为槽状，由此，能够确保压电元件2的两端部的厚度从而能够如以往那样维持压电元件2的保持强度(接合强度)。

另外，如图3(a)所示，也可以设置两个沿宽度方向延伸的凹下区域24，各个凹下区域24中的靠近电极(振动电极22或振动电极23)的一侧的角部241成为曲面。此外，如图3(b)所示，也可以是沿宽度方向延伸的凹下区域24中的靠近电极(振动电极22或振动电极23)的一侧的角部241的一部分成为曲面。

进而，如图3(c)所示，槽状的凹下区域24也可以遍及压电元件2的宽度方向的整个范围而设置，该凹下区域24中的靠近电极(振动电极22或振动电极23)的一侧的角部241的整个范围成为曲面。通过遍及角部241的整个范围地设置曲面242，能够进一步抑制振动的反射，并且能够进一步抑制脉动的产生。

此外，如图4所示，在压电元件2(压电体21)的一个主面以及另一个主面这两个主面设置有凹下区域24的情况下，优选设置于一个主面的凹下区域24的沿宽度方向延伸的至少电极侧的角部241以及设置于另一个主面的凹下区域24的沿宽度方向延伸的至少电极侧的角部241在两主面的各自的至少一部分成为曲面242。图中，如后所述，电极侧以及相反侧的所有角部241成为曲面242。设置于一个主面以及另一个主面这两个主面的凹下区域24的沿宽度方向延伸的角部241分别成为曲面242，由此能够在两主面抑制振动的反射并抑制脉动的产生。

此外，如图4所示，以与一个主面以及另一个主面垂直的纵剖面(沿压电元件2的长边方向的剖面)来观察设置于一个主面的凹下区域24的曲面和设置于另一个主面的凹下区域24的曲面时，优选各自的曲线的曲率半径不同，由此，能够使因各个曲面之间的反射而可能产生的脉动的频率不同来使其分散，能够减小脉动的大小。另外，各自的曲率半径之差为0.01mm以上较为有效。

此外，如图4以及图5所示，优选在凹下区域24中的离与凹下区域24相同主面侧配置的电极(振动电极22、23)近的角部以及远的角部分别设置曲面，由此能够进一步抑制振动的反射，能够有效地抑制脉动的产生。

而且，如图5所示，以与一个主面以及所述另一个主面垂直的纵剖面(沿压电元件2的长边方向的剖面)来观察凹下区域24中的离与凹下区域24相同主面侧配置的电极(振动电极22、23)近的曲面242和远的曲面242时，各自的曲线的曲率半径不同，由此，能够使因各个曲面之间的反射而可能产生的脉动的频率不同来使其分散，能够减小脉动的大小。另外，各自的曲率半径之差为0.01mm以上较为有效。此外，近的曲面242和远的曲面242的哪一方的曲率半径大都可以。

图1至图5所示的例子，构成为凹下区域24和与该凹下区域24设置于同一主面的电极(振动电极22或振动电极23)隔开间隔而设置，但不限定于这些例子，只要设置在除了电极(振动电极22或振动电极23)对置的区域以外的区域即可。

具体来说，如图6所示，凹下区域24也可以位于除了电极(振动电极22或振动电极23)对置的区域以外的设置有电极(振动电极22或振动电极23)的区域。尤其是，如图6所示凹下区域24位于各个主面的两个端部侧(设置有电极的一个端部侧以及未设置电极的另一个端部侧)，由此抑制振动泄露的效果提高。

进而，在图6中，凹下区域24在各个主面上设置于俯视下重叠的位置(对于长边方向而言相同的位置)，但也可以为了维持压电元件2的强度而错开设置。

不过，如图1至图5所示的例子那样，凹下区域24和与该凹下区域24设置于同一主面的电极(振动电极22或振动电极23)隔开间隔而设置的构成具有如下效果：能够在电极形成后形成凹下区域24，并且可以不考虑凹下区域24的内面或角部处的电极厚度的不均匀等。

接着，对本实施方式的压电部件1的制造方法进行说明。

首先，对用于制作支撑基板1的多个获取基板(该多个获取基板用来获取多个支撑基板1)进行制作。例如，将原料粉末与水、分散剂一起利用球磨机进行混合之后，加入粘合剂、溶剂、增塑剂等来作为生片。在例如900℃～1600℃的峰值温度下对其进行烧成。在该基板上，对包含金、银、铜、铝、钨等金属粉末的导电性膏剂进行印刷/焙烧。

接着，构成压电元件2的压电体21，例如，将原料粉末与水、分散剂一起利用球磨机进行混合之后，加入粘合剂、增塑剂等，并进行了干燥、造粒。对这样得到的原料进行冲压成型后进行烧成，得到压电陶瓷。在此，通过利用激光加工或喷砂加工，或者在作为层叠构造而配置在表面侧的层中设置孔，从而能够形成压电元件2的凹下区域24以及R面242。

在所得到的压电陶瓷的端面形成电极，例如在25℃～300℃的温度下在厚度方向上施加例如0.4kV/mm～6kV/mm的电压来进行极化处理。

在所得到的压电陶瓷上，利用真空蒸镀法、PVD法、溅射法等使金属膜附着在压电体21的上下表面，在各个金属膜上利用丝网印刷等而形成了厚度为1μm～10μm程度的光刻胶膜之后，通过光蚀刻来进行图案形成，由此能够形成在压电体21的上下表面形成的振动电极22以及振动电极23。将图案形成后的压电陶瓷通过切片机等切割为给定的尺寸，由此制作了压电元件2。

然后，利用导电性接合材料3，将压电元件2搭载到上述多个获取基板上，并进行固定。在导电性接合材料3是使金属粉末分散到树脂中而成的导电性粘接剂的情况下，只要利用分配器等预先在布线导体141、142上涂敷该导电性粘接剂，并放上压电元件2，通过加热或紫外线照射使导电性粘接剂的树脂硬化即可。

然后，覆盖压电元件2地将盖体4的开口周缘面接合于支撑基板1的上表面的周缘部。作为盖体4利用具有多个凹部的多个获取的集合盖体片(用来获取多个盖体4)，以凹部覆盖压电元件2的方式将集合盖体片放在多个获取基板上，将成为盖体4的开口周缘面的集合盖体片的凸部接合于支撑基板1的上表面的周缘部。例如，在预先准备好的成为盖体4的开口周缘面的集合盖体片的凸部涂敷热硬化性的绝缘性粘接剂，并将盖体4放在支撑基板1的上表面。此后，通过对盖体4或支撑基板1进行加热来使绝缘性粘接剂的温度上升至100～150℃而使其硬化，将盖体4接合于支撑基板1的上表面。

最后，沿着各压电部件(单片)的边界通过切片机等进行切断。

通过以上的方法，制作了本发明的压电部件。

根据以上这种方法，由于振动能量的泄露、振动的反射得到抑制，因而能够得到特性劣化少的压电部件，即使进一步小型化也能够高生产率地制造高性能的压电部件。

符号说明

1：支撑基板

11：支撑基板主体

121、122：信号端子

13：接地端子

141、142：布线导体

2：压电元件

21：压电体

22、23：振动电极

3：导电性接合材料

4：盖体

Claims

1.一种压电部件，其特征在于，

包含支撑基板、和搭载在该支撑基板上的压电元件，该压电元件在一个主面以及另一个主面上具备电极，使得电极具有相互对置的区域，并且在除了该电极对置的区域以外的所述一个主面以及所述另一个主面中的至少一方具备沿宽度方向延伸的凹下区域，该凹下区域中的靠近所述电极的一侧的沿所述宽度方向延伸的角部的至少一部分成为曲面。

2.根据权利要求1所述的压电部件，其特征在于，

所述凹下区域和与该凹下区域设置于同一主面的所述电极隔开间隔而设置。

3.根据权利要求1或2所述的压电部件，其特征在于，

在所述一个主面以及所述另一个主面这两个主面设置有所述凹下区域，各个该凹下区域中的靠近所述电极的一侧的沿所述宽度方向延伸的所述角部的至少一部分成为曲面。

4.根据权利要求3所述的压电部件，其特征在于，

以与所述一个主面以及所述另一个主面垂直的纵剖面来观察设置于所述一个主面的所述凹下区域的曲面和设置于所述另一个主面的所述凹下区域的曲面时，各自的曲线的曲率半径不同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压电部件，其特征在于，

所述曲面遍布沿所述宽度方向延伸的所述角部的整个范围而设置。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电部件，其特征在于，

所述凹下区域为槽状。

7.根据权利要求6所述的压电部件，其特征在于，

在所述凹下区域中的离与该凹下区域相同主面侧配置的所述电极近的一侧的角部以及远的一侧的角部分别设置有曲面。

8.根据权利要求7所述的压电部件，其特征在于，

以与所述一个主面以及所述另一个主面垂直的纵剖面来观察所述凹下区域中的离与该凹下区域相同主面侧配置的所述电极近的一侧的曲面和远的一侧的曲面时，各自的曲线的曲率半径不同。