JP2004320297A - 圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動板の保持強度を向上させることができ、より耐落下衝撃特性のすぐれたより信頼性の高い圧電振動デバイスを提供する。
【解決手段】導電パッド１２，１３が形成されたパッケージ１と、励振電極と導出電極２１，２２が形成された圧電振動板２とを有し、前記導出電極の形成された圧電振動板の端部分にて、導電性樹脂接着材により保持されてなる圧電振動デバイスであって、前記導出電極には、導電領域と無電極領域、および未貫通の凹部が形成されており、前記圧電振動板の凹部の内部に導電性樹脂接着材の一部が入り込んだ状態で、当該導電性樹脂接着材により、前記圧電振動板の導出電極の導通領域と無電極領域、前記パッケージの導電パッドがお互いに接合されてなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックパッケージを用い、導電性樹脂接着材によって圧電振動板を保持した圧電振動デバイスに関するものであり、特に圧電振動板の導出電極の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気密封止を必要とする圧電振動デバイスの例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等があげられる。これらはいずれも水晶振動板（圧電振動板）の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。これら水晶応用製品は部品の表面実装化の要求から、セラミックパッケージに気密的に収納する構成が増加しており、適切な気密封止方法を選択することにより、良好な気密性を確保することができる。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されているように、セラミックパッケージは全体として、中央部分に収納部の形成された直方体形状であり、収納部内の底部には、導電パッドが形成されている。この導電パッドは、ビアもしくはキャスタレーションにより外部端子へと導かれている。水晶振動板は、励振電極と当該励振電極を外部へ接続する導出電極が形成されており、当該圧電振動板の導出電極において前記パッケージの導電パッド上面に搭載し、導電性樹脂接着材により電気的機械的に接続されている。そして、フタを被せて、気密封止される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９９９７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近においては電子機器のさらなる小型化、軽量化により、圧電振動デバイスも超小型化が求められており、これに伴いパッケージ内部に収納される圧電振動板のサイズも小型化されている。しかしながらパッケージが小さくなると保持領域も小さくなり、パッケージと圧電振動板との十分な接合強度が確保できず、耐衝撃性が著しく低下する。これに対する従来の手法として、導電性樹脂接着材の塗布量を増やして接合強度を向上させることが考えられるが、近年の小型化パッケージではその保持領域も小さく、端子（電極）間の短絡の危険性が極めて高くなるといった問題があった。
【０００６】
そこで、上述の特許文献１では、導出電極の一部に無電極領域を形成することで接合強度を向上させることが提案されている。しかしながら、パッケージが小さくなると導電性樹脂接着材を圧電振動板の上部から上塗りする領域が確保できず、圧電振動板とパッケージの導電パッドの間に介在する下塗の導電性樹脂接着材のみによって保持する場合に十分な接合強度が得られないと言った問題点があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、パッケージの小型化に伴って導電性樹脂接着材の塗布領域が制限されても、圧電振動板の保持強度を向上させることができ、より耐落下衝撃特性のすぐれたより信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は請求項１に示すように、導電パッドが形成されたパッケージと、励振電極と当該励振電極を外部へ接続する導出電極が形成された圧電振動板とを有し、前記導出電極の形成された圧電振動板の端部分にて、前記圧電振動板が、前記導電パッド上面に搭載され、圧電振動板と導電パッドの間に介在する導電性樹脂接着材により保持されてなる圧電振動デバイスであって、前記導出電極には、前記導電パッドとの導通を得る導電領域と、圧電振動板の表面の素地が露出された無電極領域、および圧電振動板の内部の素地を露出させた未貫通の凹部が形成されており、前記圧電振動板の凹部の内部に導電性樹脂接着材の一部が入り込んだ状態で、当該導電性樹脂接着材により、前記圧電振動板の導出電極の導通領域と無電極領域、前記パッケージの導電パッドがお互いに接合されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、特許請求項２に示すように、前記無電極領域の中に１つまたは複数の凹部が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、特許請求項３に示すように、前記凹部は、圧電振動板の表裏両面に対称に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、特許請求項４に示すように、前記圧電振動板として、音叉型振動片からなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性樹脂接着材により、前記圧電振動板の導出電極の導通領域と無電極領域、前記パッケージの導電パッドがお互いに接合されているので、導電領域によって電気的な接続を確保するとともに、圧電振動板の素地露出部分によって導電性接合材との界面張力（界面の結合力）が高められ、接合強度を向上させる。しかも、圧電振動板の凹部の内部に導電性樹脂接着材の一部が入り込んでいるので、アンカー効果が生じ、圧電振動板の機械的な保持強度がより一層に向上する。
【００１３】
従って、パッケージの小型化に伴って導電性樹脂接着材の塗布領域が制限されても、圧電振動板の保持強度を向上させることができ、より耐落下衝撃特性のすぐれたより信頼性の高い圧電振動デバイスを提供することができる。
【００１４】
また請求項２によれば、上記効果に加えて、圧電振動板の平面の素地を露出した無電極領域と、圧電振動板の内部の素地を露出した凹部とを同じ領域内に形成することで、導通領域より機械的接合強度の強い無電極領域とその中に機械的接合強度の最も強い凹部が段階的に形成され、圧電振動板の素地露出部分の界面張力（界面の結合力）とアンカー効果による相乗効果が生じて、圧電振動板の機械的な保持強度が飛躍的に向上する。特に、１つの無電極領域の中に複数の凹部が形成することでその効果も向上する。また、面積の限られた導出電極での導通領域の設計や形成が容易にできるとともに、当該導通領域の確保も行えるので、接触抵抗の増大による圧電振動デバイスの電気的特性の劣化を抑制できる。
【００１５】
また請求項３によれば、上記効果に加えて、前記凹部は、圧電振動板の表裏両面に対称に形成されているので、圧電振動板をパッケージへ搭載際の表裏方向性をなくし、生産性を高めることができる。
【００１６】
また請求項４によれば、音叉型振動片を用いた圧電振動デバイスにも適用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１、図２とともに説明する。図１は本実施の形態を示す斜視図であり、収納部に水晶振動板（圧電振動板）を搭載する状態を示している。図２は図１の水晶振動板を搭載した状態でＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は第１の実施形態を示す水晶振動板の底面図である。図４は第１の実施形態の変形例を示す水晶振動板の一部を示す底面図である。
【００１８】
表面実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が開口した凹形の収納部１ａを有するセラミックパッケージ１と、当該パッケージの中に収納される圧電振動素子である水晶振動板２と、図示していないが、パッケージの開口部に接合される金属フタとからなる。
【００１９】
断面でみてセラミックパッケージ１は凹形であり、有底の収納部１ａと、収納部周囲の堤部（側壁）１０を有している。当該堤部１０上面には周状の金属シール部１１が形成されている。金属シール部１１は、タングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００２０】
収納部１ａの底部には段部１ｂ，１ｃを有しており、当該段部上面に導電パッド１２，１３が形成されている。当該導電パッドはセラミック積層技術を用いたメタライズ層にニッケル等のメッキが施された構成となっており、図示しないビアもしくはキャスタレーションにより外部端子へと導かれている。
【００２１】
セラミックパッケージ１に収納される水晶振動板２は、音叉形状をなしており、脚部に形成される励振電極（図示せず）と、基部の一端に形成される各励振電極からの導出電極２１，２２が形成されている。これらの電極は例えばクロムの下地電極の上部に金電極が形成されている。前記導出電極２１，２２は、電極が形成された導電領域２１１，２２１と、その中に矩形状からなる水晶振動板の表面の素地が露出された複数の無電極領域２１２，２２２とからなり、さらに、当該無電極領域の中には水晶振動板の内部の素地を露出させた複数の未貫通のピンホール（凹部）２１３，２２３が形成されている。これらは、水晶振動板の表裏両面に対称に形成されている。
【００２２】
前記ピンホールの形成については、音叉型の水晶振動板の振動節部（脚部の又近傍）に向かってピンホールの数を減らして形成している（図２では、水晶振動板の又近傍では２カ所、中央に３カ所、短辺方向両端部近傍では３カ所）ので、水晶振動板からのセラミックパッケージへの振動漏れの悪影響を軽減し、より電気的特性の向上に寄与する構成となっている。
【００２３】
前記ピンホールの形成方法としては、例えば、エッチング加工等により水晶振動板を音叉型の外形を形成すると同時に、ピンホール２１３，２２３の形成動作も行われる。つまり、水晶振動板に対して音叉型のメタルパターンを形成する際、このピンホールを形成すべき位置にメタルレジストを設けないことにより、水晶振動板のエッチング加工時に、音叉型の外形を形成されると同時にこの水晶振動板の導出電極の領域にピンホールが形成されることになる。このピンホールのエッチング処理については、メタルレジストを塗布しない領域の面積（ピンホールの径として例えばφ３０）を適宜設定することにより、ある程度エッチングが進んだ時点でエッチング面に結晶面が現れ、これにより、継続して水晶エッチング液に浸漬しておいてもエッチングが進むことはないエッチングストップ作用（水晶振動板の厚み例えば１２０μｍに対してピンホールの深さとして例えば４０μｍ）を利用することができるので、音叉型の外形を形成するためのエッチング処理時間に依存することなくピンホールの形成ができるため、製造の簡素化が行える。
【００２４】
その後、音叉型の外形を形成するためのメタルレジストを全て除去し、前記音叉型の外形とピンホールとが形成された水晶振動板に対して全面に電極を形成し、所定の形状にレジストを設け、メタルエッチング加工することで、励振電極や導出電極（導通領域と無電極領域）を形成することができる。
【００２５】
このとき、本発明の第１の実施形態では、圧電振動板の平面の素地を露出した無電極領域の中央付近に、圧電振動板の内部の素地を露出したピンホールを形成しているので、ピンホールの開口端部に電極膜（導通領域）が接しておらず、メタルエッチング加工する際に、このピンホールの開口端部付近において電極剥がれ等の問題がない。
【００２６】
このように形成された水晶振動板の導出電極２１，２２は、図２に示すように、前記ピンホール２１３，２２３（図２では２２３のみ図示）の内部に導電性樹脂接着材Ｄの一部が入り込んだ状態で、当該導電性樹脂接着材Ｄにより、前記圧電振動板の導出電極の導通領域２１１，２２１（図２では２２１のみ図示）と無電極領域２１２，２２２（図２では２２２のみ図示）、前記パッケージの導電パッド１２，１３（図２では１３のみ図示）がお互いに接合されてなる。これにより、水晶振動板が当該水晶振動板とパッケージの導電パッドの間に介在する下塗の導電性樹脂接着材のみによってより強固に片側保持される。
【００２７】
前記導電性樹脂接着材として、例えばシリコン系やウレタン系のものを用いており、導出電極の材質によって界面張力（界面の結合力）に影響する。本発明のように最上面に金電極を採用した場合、これらの導電性樹脂接着剤との界面張力（界面の結合力）は低下し、水晶振動板の保持強度が低下するが、本発明の構成を採用することで、水晶振動板の飛躍的に向上した。
【００２８】
そして図示しないが、前記金属シール部１１上に前記金属フタ（図示せず）を搭載し、この状態でビーム溶接あるいはシーム溶接により金属フタと金属シール部を溶融させ、気密封止する。
【００２９】
なお、上記第１の実施形態の導出電極では、矩形状からなる水晶振動板の表面の素地が露出された複数の無電極領域の内部に、水晶振動板の内部の素地を露出させた複数の未貫通のピンホールを形成しているが、図４に示すようなものでもよい。すなわち、図４（ａ）、図４（ｂ）は、１つの無電極領域の内部に、１つのピンホールを対応させて形成している。図４（ｃ）〜図４（ｇ）は、導通領域と無電極領域が並列に形成され、当該無電極領域にピンホールを対応させて形成している。図４（ｈ）、図４（ｉ）は、導通領域の外周に無電極領域が形成され、無電極領域にピンホールを対応させて形成している。そして、これらの構成は適宜組み合わせ形成してもよい。
【００３０】
次に、本発明による第２の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図５とともに説明する。図５は第２の実施形態を示す水晶振動板の底面図である。なお、基本構成は上記実施の形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。
【００３１】
本実施の形態においては、上記第１の実施形態に対して、導出電極における無電極領域とピンホールの形成位置を別々にした点で異なっている。すなわち、前記導出電極２３，２４は、電極が形成された導電領域２３１，２４１と、その中に矩形状からなる水晶振動板の表面の素地が露出された無電極領域２３２，２４２とからなり、さらに、当該無電極領域を囲む位置に水晶振動板の内部の素地を露出させた複数の未貫通のピンホール２３３，２４３が形成されている。これらは、水晶振動板の表裏両面に対称に形成されている。なお、上記第２の実施形態に限らず、ピンホールを囲む位置に無電極領域を形成したり、これらの導電領域と無電極領域とピンホールとを交互に配置してもよい。
【００３２】
次に、本発明による第３の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図６、図７とともに説明する。図６は第３の実施形態を示す水晶振動板の底面図であり、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、基本構成は上記実施の形態と同じであるので、同様の構成部分について同番号を付して、一部説明を割愛する。
【００３３】
本実施の形態においては、上記第１の実施形態に対して、水晶振動板の形状が異なっている。すなわち、水晶振動板３は、音叉形状をなしており、基部に幅広部３１，３２と切欠部３３，３４とを形成し、各脚部の表裏主面には溝部４１，４２が形成されている。これらの構成を具備することで次のような利点を有する。音叉基部に幅広部３１，３２を形成することで、前記導出電極２３，２４の領域がより一層大きくとれ、より強固にパッケージへの保持が実施できる。また、音叉基部と音叉脚部の境界部分に切欠部３３，３４を形成することで、前記幅広部によって、強固に保持された水晶振動板のパッケージへの振動漏れの悪影響を軽減できる。さらに、音叉の各脚部の表裏主面には溝部４１，４２を形成することで、ＣＩ値特性が向上し、より電気的特性のすぐれた水晶振動子を提供できる。これらの各構成（幅広部、切欠部、溝）は水晶振動子の所望とする特性に応じて、単独で形成してもよい。
【００３４】
上記第１〜第３の実施形態では、導出電極の凹部として、小型化に伴って水晶振動板の機械的強度が低下しにくい未貫通のピンホールを例にしているが、溝を形成しても同様の効果を奏することができる。また、大型の水晶振動板であれば、貫通穴、切欠き等を採用することも可能である。上記説明において圧電振動デバイスの例として、音叉型の水晶振動子を例示したが、ＡＴカットなどの厚みすべり振動からなる矩形状振動片であってもよい。また、例えば上記実施の形態において、水晶振動板の下部空間に発振回路を構成するＩＣを取り付け、必要な配線を行い、水晶発振器を構成してもよいし、また１素子または多素子からなる水晶フィルタ等の他の圧電振動デバイスにも適用できる。また、セラミックパッケージとして凹形状のものに限らず、板形状のものに逆凹形のフタをする構成であっても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による斜視図。
【図２】図１の水晶振動板を搭載した状態でＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】第１の実施形態による水晶振動板の底面図。
【図４】第１の実施形態の変形例を示す水晶振動板の一部を示す底面図。
【図５】第２の実施形態による水晶振動板の底面図。
【図６】第３の実施形態による水晶振動板の底面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１ セラミックパッケージ
２、３ 水晶振動板（圧電振動板）
１２，１３ 導電パッド
２１，２２，２３，２４ 導出電極

Claims (4)

1. 導電パッドが形成されたパッケージと、励振電極と当該励振電極を外部へ接続する導出電極が形成された圧電振動板とを有し、前記導出電極の形成された圧電振動板の端部分にて、前記圧電振動板が、前記導電パッド上面に搭載され、圧電振動板と導電パッドの間に介在する導電性樹脂接着材により保持されてなる圧電振動デバイスであって、
   前記導出電極には、前記導電パッドとの導通を得る導電領域と、圧電振動板の表面の素地が露出された無電極領域、および圧電振動板の内部の素地を露出させた未貫通の凹部が形成されており、
   前記圧電振動板の凹部の内部に導電性樹脂接着材の一部が入り込んだ状態で、当該導電性樹脂接着材により、前記圧電振動板の導出電極の導通領域と無電極領域、前記パッケージの導電パッドがお互いに接合されてなることを特徴とする圧電振動デバイス。
2. 前記無電極領域の中に１つまたは複数の凹部が形成されてなることを特徴とする特許請求項１記載の圧電振動デバイス。
3. 前記凹部は、圧電振動板の表裏両面に対称に形成されていることを特徴とする特許請求項１、または２項記載の圧電振動デバイス。
4. 前記圧電振動板として、音叉型振動片からなることを特徴とする特許請求項１〜３いずれか１項記載の圧電振動デバイス。

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