JP2006229877A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 周波数調整を精度よく行って、すぐれた振動特性を有する圧電デバイスを提供すること。
【解決手段】 周波数を調整するためのレーザ光Ｌ１が照射される調整用部材５０が設けられた圧電振動片２０と、この圧電振動片２０を収容する内部空間Ｓ１を有し、この内部空間Ｓ１をレーザ光Ｌ１が透過する蓋体３９で封止するようにしたパッケージ３６とを備えた圧電デバイスであって、パッケージ３６は、内部空間Ｓ１に露出した蓋体３９に対向する内面であって、調整用部材５０に対応する位置に、レーザ光Ｌ１を反射する金属パターン５２が配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、周波数を調整するためのレーザ光が照射される調整用部材を有する圧電振動片と、この圧電振動片を内側に収容したパッケージとを備えた圧電デバイスに関する。

図６は従来の圧電デバイス１の概略縦断面図である。
この図において、圧電デバイス１は圧電振動子の例を示しており、パッケージ２内に圧電振動片３が収容されている。
パッケージ２は、圧電振動片３を収容する内部空間Ｓを有しており、この内部空間Ｓは、ロウ材８を用いてガラス等の透明な蓋体６で封止されている。また、パッケージ２の内部空間Ｓに露出した内側底面には、圧電振動片３と接続されるマウント電極７が設けられている。

圧電振動片３は、この図では所謂音叉型の振動片が示されており、マウント電極７と導電性接着剤４で接続されて、片持ち式にパッケージ２にマウントされている。
また、圧電振動片３の先端部３ａには金属膜５が設けられている。この金属膜５は、蓋封止した後であっても周波数を調整できるようにした調整用部材である。すなわち、マウント時の導電性接着剤４や、蓋封止時のロウ材８からガスが発生して、所定の周波数が得られなくなっても、レーザ光Ｌを金属膜５に焦点を合わせて照射し、その金属成分を蒸散させることで、圧電振動片３の先端部３ａの重量を軽くさせ、これにより蓋封止の後であっても周波数調整を可能としている。

特開２００３−６０４７０公開特許公報

ところで、近年の圧電デバイスの小型薄型化にはめざましいものがある。一例をあげれば、図６の圧電振動片３の先端部３ａ付近を拡大した部分拡大図である図７に示すように、圧電振動片３の先端部３ａの裏面からパッケージ２の内側底面２ａまでの寸法Ｈが、従来でも０．３７ｍｍ程度と小さかったのに、現在はさらに小さく、０．１５ｍｍ程度になっている。

そうすると、従来のように、レーザ光Ｌを金属膜５に焦点を合わせて照射しても、レーザ光Ｌが集束する付近（図６の平行斜線で示す部分）にはパッケージ２にダメージを与えるだけのエネルギーが残っており、このため、レーザ光Ｌがパッケージ２を損傷させる恐れがある。そして、パッケージ２が損傷すると、パッケージ２からガスが発生して、クリスタルインピーダンス値（以下、「ＣＩ値」という。）が変わってしまい、周波数調整が上手くいかない事態が発生する恐れがある。

本発明は、周波数調整を精度よく行って、優れた振動特性を有する圧電デバイスを提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明によれば、周波数を調整するためのレーザ光が照射される調整用部材が設けられた圧電振動片と、この圧電振動片を収容する内部空間を有し、この内部空間を前記レーザ光が透過する蓋体で封止するようにしたパッケージとを備えた圧電デバイスであって、前記パッケージは、前記内部空間に露出した前記蓋体に対向する内面であって、前記調整用部材に対応する位置に、前記レーザ光を反射する金属パターンが配置されている圧電デバイスにより達成される。

第１の発明の構成によれば、パッケージは、内部空間に露出した蓋体に対向する内面であって、調整用部材に対応する位置に、レーザ光を反射する金属パターンが配置されている。このため、調整用部材に焦点を合わて照射されたレーザ光が、その焦点付近にあるパッケージを損傷し得るだけのエネルギーを未だ残していたとしても、調整用部材に対応する位置に設けられた金属パターンがレーザ光を反射させる。また、この反射した光は、調整用部材に一旦焦点を合わせた後のレーザ光が反射したものであるため、拡散されることになる。さらに、レーザ光を受けた金属パターンは、その熱エネルギーを吸収するため、レーザ光の熱エネルギーが、直接、パッケージに伝わることもない。したがって、レーザ光がパッケージの内面を損傷させるような事態を有効に防止し、蓋封止後の周波数調整の際に発生するガスを抑制できる。
かくして、本発明によれば、周波数調整を精度よく行って、すぐれた振動特性を有する圧電デバイスを提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記金属パターンは、前記レーザ光を当てられた部分よりも大きな面積を有することを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、金属パターンは、レーザ光を当てられた部分よりも大きな面積を有する。したがって、レーザ光の熱エネルギーを吸収することで発生した金属パターンの熱は拡散し、金属パターンの熱が一点に集中するようなこともなく、レーザ光によるパッケージへの損傷を、第１の発明に比べて、より有効に防止できる。

第３の発明は、第１または第２の発明のいずれかの構成において、前記金属パターンは、前記パッケージの外部に露出した外面に引き出されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、金属パターンは、パッケージの外部に露出した外面に引き出されているので、レーザ光を受けて発生した金属パターンの熱は、外面まで導かれて放熱される。したがって、レーザ光によるパッケージへの損傷を、第１または第２の発明に比べて、より有効に防止できる。

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成において、前記パッケージはセラミックから形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、パッケージはセラミックから形成されているため、熱を吸収し易く、レーザ光を受けて損傷を受け易い構成となっている。しかし、このような構成であっても、第１ないし第３の発明の構成を採用することで、レーザ光によるパッケージへの損傷を有効に防止し、本発明採用の効果は絶大となる。

第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかの構成において、前記パッケージの前記金属パターンが配置された領域には凹部が形成されていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、パッケージの金属パターンが配置された領域には凹部が形成されているため、レーザ光の焦点から金属パターンまでの距離が長くなる。したがって、レーザ光が当たっても金属パターンは融け難くなって、金属パターンが融けた際の飛沫が圧電振動片に付着するようなことを抑制し、周波数調整を正確に行える。

第６の発明によれば、第１ないし第５の発明のいずれかの構成において、前記金属パターンは、前記パッケージの内面に設けられた前記圧電振動片と電気的に接続された電極部と同じ材料を用いて形成されていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、金属パターンは、パッケージの内面に設けられた圧電振動片と電気的に接続された電極部と同じ材料を用いて形成されている。このため、電極部を形成する際に、金属パターンも形成することができ、製造が容易になる。

図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイス３０であって、図１は圧電デバイス３０の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略切断断面図である。
尚、圧電デバイスとは、圧電振動子や圧電発振器等の名称にかかわらず、パッケージ内に圧電振動片を収容した全ての製品を意味する。
また、図１および図２の平行斜線で示した部分は、理解の便宜のために示したものであり、断面等を表すものではない。

これらの図の圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、パッケージ３６内に圧電振動片２０を収容している。
パッケージ３６は、本実施形態では、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される第１ないし第３の基板３６ａ，３６ｂ，３６ｃを積層した後、焼結して形成されている。

第１の基板３６ａは、その内側に所定の孔を形成することで、第２の基板３６ｂに積層した場合に、パッケージ３６の内側に所定の内部空間Ｓ１を形成するようにされている。この内部空間Ｓ１が、圧電振動片２０を収容するためのキャビティとなる。
また、第１の基板３６ａの図２において上部に開口した側の開口端面には、低融点ガラス等のロウ材４４が適用されて蓋体３９が接合されており、これにより、内部空間Ｓ１は封止されている。この蓋体３９は、蓋封止した後であっても、圧電振動片２０に設けられた例えば励振電極あるいは錘等の調整用部材５０にレーザ光Ｌ１をあてて、質量削減方式で周波数調整できるように、光を透過する材料、例えばガラスから形成されている。この調整用部材５０については、後で詳細に説明する。

第２の基板３６ｂの内部空間Ｓ１に露出した内面の底部には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成したマウント電極３１，３１が設けられている。マウント電極３１，３１の各々は、パッケージ３６内を引き回されて、実装端子部３８，３８と接続されており、これにより互いに異極となって、圧電振動片に駆動電圧を供給する電極となる。
そして、マウント電極３１，３１の上面に、接着剤４３，４３として、シリコーン系またはエポキシ系あるいはポリイミド系等の導電性接着剤が塗布され、この接着剤４３，４３の上に圧電振動片２０が載置されて、接着剤４３，４３が硬化することで、マウント電極３１，３１と圧電振動片２０とが電気的機械的に接続されている。
なお、図１および図２では、接着剤４３に導電性接着剤を用いているが、本発明はこれに限られず、例えば、電気的な接続はワイヤボンディングで行い、接着剤には機械的にのみ接合される接着剤を用いるようにしてもよい。

圧電振動片２０は、例えば水晶等で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。
本実施形態の場合、圧電振動片２０は、小型に形成して必要な性能を得るために、基部２６から図１において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２４，２５を備えている。

基部２６は、一対の振動腕２４，２５を支持するための部分であり、また、パッケージ３６に接合される部分でもある。すなわち、振動腕２４，２５を積極的に励振させるための励振電極（煩雑になるため図示せず）と、一体に形成された引出し電極３４，３４が設けられており、引出し電極３４，３４の部分が、上述したマウント電極３１，３１と接着剤４３，４３により接合されている。この引出し電極３４は、例えばクロムメッキによる下地層（図示せず）の上に、金メッキをして形成されている。

振動腕２４，２５は、好ましくは、その表裏面のそれぞれに長手方向に沿って延びる長溝２４ａ，２５ａが形成されており、断面がＨ型となっている。そして、振動腕２４，２５のそれぞれの長溝２４ａ，２５ａ内と、この長溝２４ａ，２５ａの内壁に対向する側面とに、互いに異極となるように励振電極（図示せず）が形成されている。このように、長溝２４ａ，２５ａを設けることで、各腕内の電界効率を高めて、振動腕２４，２５の小型化を可能としている。

また、圧電振動片２０は、振動腕２４，２５の先端部２７付近に、周波数を調整するためのレーザ光Ｌ１が照射される調整用部材５０が設けられている。すなわち、調整用部材５０は、圧電デバイス３０の製造の際に発生したガスにより変動した振動周波数を調整できるようにした部材であって、具体的には、蓋封止した後に、レーザ光Ｌ１を蓋体３９の外部から調整用部材５０に焦点を合わせて照射し、調整用部材５０を加熱して、その一部或いは全部を蒸散させ、振動腕３４，３５の先端部２７付近の重量を軽くすることで、圧電振動片２０の振動周波数を高い方へ調整できるようになっている。

この調整用部材５０は、本実施形態においては、圧電振動片２０の表面に設けられた引出し電極３４や励振電極（図示せず）と同じ材料から形成されており、クロムメッキによる下地層（図示せず）の上に、金メッキをして形成されている。これにより、調整用部材５０と引出し電極３４と励振電極（図示せず）を同時に形成して製造を容易にできる。
また、調整用部材５０は、励振電極（図示せず）を振動腕２４，２５の先端部２７まで引き延ばすように形成し、或いは、本実施形態のように、励振電極とは別に、新たに錘を付けるように形成してもよいが、振動腕２４，２５の長手方向に沿って所定の長さを有することが好ましい。これにより、レーザ光Ｌ１を照射する長手方向の位置を変えて、周波数調整の範囲を広げることができる。
また、調整用部材５０は、振動腕２４，２５の表面あるいは裏面のいずれであっても構わないが、本実施形態では裏面側、すなわちパッケージの内側底面側に配置されている。これにより、レーザ光Ｌ１を調整用部材５０に照射して金属成分を蒸散させた際、蒸散した金属成分が再び振動腕２４，２５に付着しないようにしている。

ここで、本実施形態において、パッケージ３６は金属パターン５２を有しており、この金属パターン５２について、図１、図２、及び金属パターン５２付近を拡大した図３に基づいて説明する。
金属パターン５２は、図２に示されるように、パッケージ３６の内部空間Ｓ１に露出した蓋体３９に対向する内面であって、調整用部材５０に対応する位置に、レーザ光Ｌ１を反射する材料で略平らに形成されている。すなわち、図２では、パッケージ３６の内側底面３７であって、調整用部材５０に対向する位置に金属パターン５２が形成されている。

このため、調整用材料５０に焦点を合わせて照射されたレーザ光Ｌ１が、パッケージ３６の内側底面３７に当たろうとしても、そこには金属パターン５２が配置されているので、図３に示すように、レーザ光Ｌ１は金属パターン５２に当たって反射することになる。そして、この反射した光Ｌ２は、調整用部材５０に一旦焦点を合わせた後のレーザ光Ｌ１が反射したものであるため、焦点を結ぶことなく拡散される。

本実施形態では、金属パターン５２は、マウント電極３１と同じ材料、すなわち、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで略平滑に形成されている。
また、パッケージ３６の金属パターン５２が配置された領域には凹部５４が形成されている。この凹部５４は、調整用部材５０からパッケージ３６の内側底面３７までの距離を離すようにした構造であり、具体的には、第２の基板３６ｂの振動腕３４，３５の先端部２７付近に対向する位置に貫通孔を形成し、これを第３の基板３６ｃに重ねることで、第２の基板３６ｂの厚みに対応した有底の孔としている。なお、本実施形態では、金属パターン５２が配置された領域の全てを凹状としているが、これに限らず、金属パターン５２のレーザ光Ｌ１が当たる領域のみを凹状にするようにしても勿論よい。

さらに、金属パターン５２は、図１および図３に示すように、レーザ光Ｌ１を当てられた部分よりも大きな面積を有している。具体的には、金属パターン５２は、図３に示すように、レーザ光Ｌ１が当たる部分よりも長手方向に長く、また、図１に示すように、短手方向についても、レーザ光Ｌ１が当たる部分より長く形成されており、凹部５４の底面のほとんどを覆うように被覆されている。これにより、図３に示すように、レーザ光Ｌ１の熱エネルギーが金属パターン５２に吸収された際、その吸収された熱は、水平方向に伝達され、パッケージ３６には拡散して伝わるようになる。

本発明の第１の実施形態は以上のように構成されており、パッケージ３６は、内部空間Ｓ１に露出した蓋体３９に対向する内面であって、調整用部材５０に対応する位置に、レーザ光Ｌ１を反射する金属パターン５２が配置されている。したがって、レーザ光Ｌ１は金属パターン５２にあたって反射および拡散し、また、その熱エネルギーは金属パターン５２に吸収されて、パッケージ３６に与えるダメージを緩和する。したがって、レーザ光Ｌ１がパッケージ３６の内面を損傷させるような事態を有効に防止し、蓋封止後の周波数調整の際に発生するガスを抑制できる。
さらに、本実施形態の金属パターン５２は、レーザ光Ｌ１を当てられた部分よりも大きな面積を有しているので、金属パターン５２に吸収されたレーザ光Ｌ１の熱エネルギーは、水平方向に伝達され、パッケージ３６に拡散して伝わるようになる。したがって、より一層、レーザ光Ｌ１がパッケージ３６の内面を損傷させるような事態を有効に防止できる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス６０の概略縦断面図であって、図２に対応した図である。
この図において、図１ないし図３の説明で用いた符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
圧電デバイス６０が図１ないし図３の圧電デバイス３０と異なるは、金属パターンの構成についてである。

すなわち、圧電デバイス６０の金属パターン５２は、パッケージ３６の外部に露出した外面に引き出されている。具体的に、図４では、パッケージ３６の外部に露出した底面５７に、金属パターン５２と同様の材料を用いて形成した金属露出部５６が形成されており、この金属露出部５６と凹部５４の底部に配置された金属パターン５２とが、第３の基板３６ｃに形成されたビアホール内の導電材料を介して接続されている。
また、本実施形態の金属露出部５６は、実装端子部３８，３８の双方と接触しないようになっており、実装端子部３８，３８の双方から最も距離が離れた、パッケージ３６の底面５７の略中央付近に配置されている。

本発明の第２の実施形態は以上のように構成されており、このため第１の実施形態と同様の作用効果を発揮する。さらに、金属パターン５２は、パッケージ３６の外部に露出した外面に引き出されて金属露出部５６と接続されている。このため、金属露出部５６が放熱板となって、金属パターン５２に吸収されたレーザ光Ｌ１の熱エネルギーが、外部に放出される。したがって、レーザ光Ｌ１によるパッケージ３６への損傷を、第１の実施形態に比べて、より有効に防止できる。

さらに、本第２の実施形態の場合においては、金属露出部５６に、少なくとも大気よりも熱伝導性の高い金属ブロックやプローブ等の放熱体を押し当てながら、蓋封止後の周波数調整をするようにしてもよい。これにより、金属露出部５６の熱を放熱体に積極的に導いて、放熱効果をより一層高めることができる。

なお、本第２の実施形態にあっては、第２の実施形態の変形例を示す図５に示されるように、実装端子部３８を放熱板（金属露出部５６）の代わりにしてもよい。すなわち、金属パターン５２は、マウント電極３１と電気的に接続されると共に、第３の基板３６ｃのビアホール内の導電材料７２を介して、実装端子部３８とも接続されるようになっている。そして、図５の変形例では、金属パターン５２の面積を大きく確保しつつ、マウント電極３１，３１同士のショートを防止するようにするため、金属パターン５２は、マウント電極３１，３１の内、いずれか一方のマウント電極３１とのみ接続され、また、実装端子部３８，３８の内、いずれか一方の実装端子部３８とのみ接続されるようになっている。

本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略切断断面図。 図２の金属パターン付近を拡大した部分拡大図。 本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの概略縦断面図。 本発明の第２の実施形態の変形例。 従来の圧電デバイスの概略縦断面図。 図６の圧電振動片の先端部付近を拡大した部分拡大図。

符号の説明

３０，６０・・・圧電デバイス、２０・・・圧電振動片、３１・・・マウント電極、３６・・・パッケージ、３９・・・蓋体、５０・・・調整用部材、５２・・・金属パターン、５４・・・凹部、Ｓ１・・・内部空間、Ｌ１・・・レーザ光

Claims (6)

1. 周波数を調整するためのレーザ光が照射される調整用部材が設けられた圧電振動片と、この圧電振動片を収容する内部空間を有し、この内部空間を前記レーザ光が透過する蓋体で封止するようにしたパッケージとを備えた圧電デバイスであって、
   前記パッケージは、前記内部空間に露出した前記蓋体に対向する内面であって、前記調整用部材に対応する位置に、前記レーザ光を反射する金属パターンが配置されている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記金属パターンは、前記レーザ光を当てられた部分よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記金属パターンは、前記パッケージの外部に露出した外面に引き出されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電デバイス。
4. 前記パッケージはセラミックから形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電デバイス。
5. 前記パッケージの前記金属パターンが配置された領域には凹部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電デバイス。
6. 前記金属パターンは、前記パッケージの内面に設けられた前記圧電振動片と電気的に接続されたマウント電極と同じ材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電デバイス。

Images