JP2016158198A - 圧電素子実装用パッケージ及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電デバイスの種類に対応させて多くの種類の圧電素子実装用パッケージを準備する必要がなく、圧電素子の異なる種類である水晶素子又はＳＡＷ素子や、大きさの異なる水晶素子を実装させることが可能な圧電素子用実装用パッケージを提供する。
【解決手段】 圧電素子実装用パッケージ１１０は、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面の一辺に沿って設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの上面の一辺と向かい合う一辺に沿って設けられた接合パッド１１４と、基板１１０ａの上面であって、電極パッド１１１と接合パッド１１４との間の位置に設けられた第一凸部１１５と、接合パッド１１４の間の位置に設けられた第二凸部１１６を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部に圧電素子を実装するための圧電素子実装用パッケージ、およびこのパッケージに圧電素子を実装してなる圧電デバイスに関するものである。

圧電素子実装用パッケージは、凹部の底面に形成された電極パッドに導電性接着剤を介して電気的に接続される。枠体の上面の凹部の周囲に蓋体で接合することにより、凹部内に圧電素子が気密封止された圧電デバイスが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。また、このような圧電デバイスは、発振周波数特性に対する要求が非常に多岐にわたるようになってきており、これに応じて圧電素子の形状、寸法及び励振用電極の配置形態が異なる圧電素子が実装された圧電デバイスの種類が非常に多くなってきている。

特開２００９−１４１２３４号公報

上述した圧電素子実装用パッケージは、圧電素子の種類に対応させて多くの種類の圧電素子実装用パッケージを準備することになるため、部品点数が増加してしまい、生産性が低下してしまう虞があった。

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、圧電デバイスの種類に対応させて多くの種類の圧電素子実装用パッケージを準備する必要がなく、圧電素子の異なる種類である水晶素子又はＳＡＷ素子や、大きさの異なる水晶素子を実装させることが可能な圧電素子用実装用パッケージを提供する。

本発明の一つの態様による圧電素子用パッケージは、矩形状の基板と、基板の上面の一辺に沿って設けられた電極パッドと、基板の上面の一辺と向かい合う一辺に沿って設けられた接合パッドと、基板の上面であって、電極パッドと接合パッドとの間の位置に設けられた第一凸部と、接合パッドの間の位置に設けられた第二凸部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の一つの態様による圧電素子用パッケージは、矩形状の基板と、基板の上面の一辺に沿って設けられた電極パッドと、基板の上面の一辺と向かい合う一辺に沿って設けられた接合パッドと、基板の上面であって、電極パッドと接合パッドとの間の位置に設けられた第一凸部と、接合パッドの間の位置に設けられた第二凸部と、を備えている。このようにすることにより、矩形状の圧電素板と、圧電素板の上下面に設けられた励振用電極と、励振用電極と間を空けて圧電素板の一辺に沿って設けられた一対の引出電極と、を有した圧電素子の一つである水晶素子の場合には、平面視して水晶素子の自由端が第一凸部又は第二凸部と重なるようにして、電極パッド上に導電性接着剤を介して実装することができる。また、矩形状の圧電素板と、圧電素板の上面に設けられた櫛形電極と、櫛形電極と間を空けて圧電素板の一辺に沿って設けられた引出電極と、を有した圧電素子であるＳＡＷ素子の場合には、第一凸部と第二凸部との間に設けられた接着剤にて実装され、接合パッドと引出電極とを電気的に接続することができる。このように、圧電デバイスの種類に対応させて多くの種類のパッケージを準備する必要がなく、圧電素子の異なる種類である水晶素子又はＳＡＷ素子や、大きさの異なる水晶素子も実装させることができるため、生産性を向上させることができる。

（ａ）本実施形態における圧電素子実装用パッケージを上面から見た平面図であり、（ｂ）本実施形態における圧電素子実装用パッケージを下面から見た平面図である。 本実施形態における圧電素子実装用パッケージに水晶素子を実装した水晶振動子を示す分解斜視図である。 （ａ）図２に示された水晶振動子のＡ−Ａにおける断面図であり、（ｂ）図２に示された水晶振動子の蓋体を外した状態で上面から見た平面図である。 （ａ）図３よりも外形寸法の大きい水晶素子を実装した水晶振動子の断面図であり、（ｂ）図３よりも外形寸法の大きい水晶素子を実装した水晶振動子の蓋体を外した状態で上面から見た平面図である。 本実施形態における圧電素子実装用パッケージにＳＡＷ素子を実装したＳＡＷ共振子を示す分解斜視図である。 （ａ）図５に示されたＳＡＷ共振子のＢ−Ｂにおける断面図であり、（ｂ）図４に示されたＳＡＷ共振子の蓋体を外した状態で上面から見た平面図である。 本実施形態の第一変形例における圧電素子実装用パッケージに水晶素子及び集積回路素子を実装した水晶発振器を示す分解斜視図である。 図７の水晶発振器のＣ−Ｃにおける断面図である。 本実施形態の第一変形例における圧電素子実装用パッケージにＳＡＷ素子及び集積回路素子を実装したＳＡＷ発振器を示す分解斜視図である。

（圧電素子実装用パッケージ）
本実施形態の圧電素子実装用パッケージ１１０には、図１又は図５に示されているように、基板１１０ａと第一枠体１１０ｂによって構成されている。圧電素子実装用パッケージ１１０は、基板１１０ａの上面と第一枠体１１０ｂの内側面によって囲まれた第一凹部Ｋ１が形成されている。

基板１１０ａは、矩形状であり、上面で実装された水晶素子１２０を実装するための実装部材として機能するものである。基板１１０ａの上面の一辺に沿って後述する水晶素子１２０を実装するための電極パッド１１１が設けられており、基板１１０ａの一辺と対向する一辺に沿って、後述するＳＡＷ素子２２０を電気的に接続するための接合パッド１１４が設けられている。また、基板１１０ａに設けられた電極パッド１１１と接合パッド１１４との間にあり、基板１１０ａの中心付近には、第一凸部１１５が設けられている。また、基板１１０ａの上面には、接合パッド１１４の間に位置するようにして、第二凸部１１６が設けられている。

基板１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなる。基板１１０ａは、絶縁層を一層用いたものであっても、絶縁層を複数層積層したものであってもよい。基板１１０ａの表面には、上面に設けられた電極パッド１１１と、接合パッド１１４とを電気的に接続するための配線パターン１１３が設けられている。また、基板１１０ａの表面及び内層には、基板１１０ａの上面に設けられた電極パッド１１１又は接合パッド１１４と、基板１１０ａの下面に設けられた外部端子１１２とが電気的に接続するための導体部１１７及び配線パターン１１３が設けられている。

第一枠体１１０ｂは、基板１１０ａの上面の外周縁に沿って配置され、基板１１０ａの上面に第一凹部Ｋ１を形成するためのものである。第一枠体１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板１１０ａと一体的に形成されている。

電極パッド１１１は、図１に示すように、基板１１０ａの上面の一辺に沿って一対で設けられている。電極パッド１１１は、第一電極パッド１１１ａと第二電極パッド１１１ｂにより構成されている。電極パッド１１１は、基板１１０ａに設けられた導体部１１７を介して、電極パッド１１１と外部端子１１２と電気的に接続されている。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に、基板１１０ａの外周縁に沿って設けられている。

外部端子１１２は、電子機器等の実装基板（図示せず）と電気的に接合するために用いられる。外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の四隅に設けられている。外部端子１１２の内の二つの端子は、基板１１０ａの上面に設けられた一対の電極パッド１１１とそれぞれ電気的に接続されている。また、電極パッド１１１と電気的に接続されている外部端子１１２は、基板１１０ａの下面の対角に位置するように設けられている。また、第二外部端子１１２ｂは、基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂ内に設けられたビア導体（図示せず）を介し、封止用導体パターン１１８と電気的に接続されている。

配線パターン１１３は、電極パッド１１１と、後述する接合パッド１１４とを電気的に接続するためのものである。第一配線パターン１１３ａ及び第二配線パターン１１３ｂは、基板１１０ａの上面に設けられ、電極パッド１１１と、後述する接合パッド１１４とを電気的に接続されている。第一配線パターン１１３ａの長さと第二配線パターン１１３ｂの長さは、略等しい長さとなる。ここで、略等しい長さとは、基板１１０ａの上面及び下面に設けられた第一配線パターン１１３ａの長さと基板１１０ａの上面及び下面に設けられた第二配線パターン１１３ｂの長さとの差が０〜２００μｍ異なるものを含むものとする。配線パターン１１３の長さは、各配線パターン１１３の中心を通る直線の長さを測定したものとする。

接合パッド１１４は、後述するＳＡＷ素子２２０の引出電極２２４と電気的に接続させるためのものである。また、接合パッド１１４は、基板１１０ａの上面で、電極パッド１１１が設けられている一辺と対向する一辺に沿って設けられている。接合パッド１１４は、図６に示すワイヤ部１４２によって、ＳＡＷ素子２２０の引出電極２２４と電気的に接続される。

電極パッド１１１は、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂによって構成されている。また、外部端子１１２は、第一外部端子１１２ａ、第二外部端子１１２ｂ、第三外部端子１１２ｃ及び第四外部端子１１２ｄによって構成されている。配線パターン１１３ａは、第一配線パターン１１３ａ、第二配線パターン１１３ｂ、第三配線パターン１１３ｃ及び第四配線パターン１１３ｄによって構成されている。接合パッド１１４は、第一接合パッド１１４ａ及び第二接合パッド１１４ｂによって構成されている。導体部１１７は、第一導体部１１７ａ及び第二導体部１１７ｂによって構成されている。

第一電極パッド１１１ａと第一外部端子１１２ａとは、図１に示すように、基板１１０ａに設けられた第三配線パターン１１３ｃ及び第一導体部１１７ａとにより接続されている。第一電極パッド１１１ａと第一接合パッド１１４ａは、第一配線パターン１１３ａにより接続されている。よって、第一接合パッド１１４ａは、第一外部端子１１２ａと電気的に接続されている。また、第二接合パッド１１４ｂと第三外部端子１１２ｃとは、図１に示すように、基板１１０ａに設けられた第四配線パターン１１３ｄ及び第二導体部１１７ｂとにより接続されている。第二電極パッド１１１ｂと第二接合パッド１１４ｂは、第二配線パターン１１３ｂによって接続されている。よって、第二電極パッド１１１ｂは、第三外部端子１１２ｃと電気的に接続されている。

第一凸部１１５は、後述する水晶素子１２０の自由端が、基板１１０ａに直接接触することを抑えるためのものであると共に、後述するＳＡＷ素子２２０を固定するための接着剤１４１が櫛形電極２２２側に流れ出ることを抑えるためのものである。また、第一凸部１１５は、後述するＳＡＷ素子２２０を固定するための接着剤１４１が櫛形電極２２２側に流れ出ることを抑えるためのものである。第一凸部１１５は、電極パッド１１１と接合パッド１１４との間に位置し、基板１１０ａの上面の中心付近に設けられている。

第二凸部１１６は、後述する水晶素子１２０の自由端が、基板１１０ａに直接接触することを抑えるためのものであると共に、後述するＳＡＷ素子２２０を固定するための接着剤１４１が引出電極２２４側に流れ出ることを抑えるためのものである。第二凸部１１６は、接合パッド１１５の間に位置、基板１１０ａの上面に設けられている。第一凸部１１５及び第二凸部１１６は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次積層するようにして設けられている。また、第一凸部１１５及び第二凸部１１６は、アルミナ等の絶縁性部材で形成されていても構わない。

導体部１１７は、図１に示すように、基板１１０ａの角部に設けられた切れ込みの内部に設けられている。導体部１１７の両端は、配線パターン１１３と接続されている。このようにすることで、電極パッド１１１又は接合パッド１１４は、配線パターン１１３及び導体部１１７を介して外部端子１１２と電気的に接続されている。

封止用導体パターン１１８は、蓋体１３０と接合部材１３１を介して接合する際に、接合部材１３１の濡れ性をよくする役割を果たしている。封止用導体パターン１１８は、第一枠体１１０ｂの上面を囲むようにして設けられている。封止用導体パターン１１８は、例えばタングステン又はモリブデン等から成る導体パターンの表面にニッケルメッキ及び金メッキを順次、第一枠体１１０ｂの上面を環状に囲む形態で施すことによって、例えば１０〜２５μｍの厚みに形成されている。

また、圧電素子実装用パッケージ１１０を平面視したときの長辺の寸法が、１．２〜３．２ｍｍであり、短辺の寸法が、１．０〜２．５ｍｍである場合を例にして、電極パッド１１１、外部端子１１２及び接合パッド１１４、第一凸部１１５及び第二凸部１１６の大きさを説明する。電極パッド１１１、外部端子１１２、接合パッド１１４、第一凸部１１５及び第二凸部１１６の長辺の長さは、０．４０〜１．１０ｍｍであり、短辺の長さは、０．３０〜０．８０ｍｍとなっている。

ここで、圧電素子実装用パッケージ１１０の作製方法について説明する。基板１１０ａ及び第一枠体１１０ｂがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１、外部端子１１２、配線パターン１１３、接合パッド１１４、第一凸部１１５、第二凸部１１６、導体部１１７及び封止用導体パターン１１８となる部位にニッケルメッキ又、金メッキ、銀パラジウム等を施すことにより作製される。また、導体ペーストは、例えばタングステン、モリブデン、銅、銀又は銀パラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。

（水晶振動子）
水晶振動子は、図２及び図３に示されているように、圧電素子実装用パッケージ１１０と、圧電素子実装用パッケージ１１０の第一凹部Ｋ１内の基板１１０ａの上面に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０を含んでいる。

水晶素子１２０は、図１及び図２に示されているように、導電性接着剤１４０を介して電極パッド１１１上に接合されている。水晶素子１２０は、安定した機械振動と圧電効果により、電子装置等の基準信号を発振する役割を果たしている。

また、水晶素子１２０は、図２及び図３に示されているように、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２及び引出電極１２３を被着させた構造を有している。励振用電極１２２は、水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに金属を所定のパターンで被着・形成したものである。励振用電極１２２は、上面に第一励振用電極１２２ａと、下面に第二励振用電極１２２ｂを備えている。引出電極１２３は、励振用電極１２２から水晶素板１２１の一辺に向かってそれぞれ延出されている。引出電極１２３は、上面に第一引出電極１２３ａと、下面に第二引出電極１２３ｂとを備えている。第一引出電極１２３ａは、第一励振用電極１２２ａから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引出電極１２３ｂは、第二励振用電極１２２ｂから引き出されており、水晶素板１２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引出電極１２３は、水晶素板１２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂと接続されている水晶素子１２０の一端を基板１１０ａの上面と接続した固定端とし、他端を基板１１０ａの上面と間を空けた自由端とした片持ち支持構造にて水晶素子１２０が基板１１０ａ上に固定されている。

ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が引出電極１２３から励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。

ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、水晶素子１２０は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を行う。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面にフォトリソグラフィー技術、蒸着技術又はスパッタリング技術によって、金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、引出電極１２３を形成することにより作製される。

水晶素子１２０の基板１１０ａへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤１４０は、例えばディスペンサによって第一電極パッド１１１ａ及び第二電極パッド１１１ｂ上に塗布される。水晶素子１２０は、導電性接着剤１４０上に搬送され、導電性接着剤１４０上に載置される。そして導電性接着剤１４０は、加熱硬化させることによって、硬化収縮される。水晶素子１２０は、電極パッド１１１に接合される。つまり、水晶素子１２０の第一引出電極１２３ａは、第一電極パッド１１１ａと接合され、第二引出電極１２３ｂは、第二電極パッド１１１ｂと接合される。これによって、第一外部端子１１２ａと第三外部端子１１２ｃが水晶素子１２０と電気的に接続されることになる。

また、水晶素子１２０は、図３（ｂ）に示すように、水晶素子１２０の自由端と対向する位置に第一凸部１１５が配置されているように実装されている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引出電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子１２０の自由端が第一凸部１１５に接触するので、基板１１０ａの上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触した状態で、落下試験を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

また、図３（ｂ）よりも外形寸法の大きい水晶素子１２０を実装した場合には、水晶素子１２０は、図４（ｂ）に示すように、水晶素子１２０の自由端と対向する位置に第二凸部１１６が配置されているように実装されている。このようにすることによって、水晶素子１２０の引出電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、外形寸法の大きい水晶素子１２０の自由端が第二凸部１１６に接触するので、基板１１０ａの上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０ａに接触した状態で、落下試験を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。

このようにすることにより、外形形状寸法の異なる水晶素子１２０を圧電素子実装用パッケージ１１０の第一凹部Ｋ１内に実装することができる。よって、使用する水晶素子に合わせて圧電素子実装用パッケージ１１０を変更する必要がなく、水晶振動子の生産性を向上させることが可能となる。

蓋体１３０は、矩形状であり、真空状態にある第一凹部Ｋ１、あるいは窒素ガスなどが充填された第一凹部Ｋ１を気密的に封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定雰囲気で、第一枠体１１０ｂ上に設けられた封止用導体パターン１１８の上面に載置される。封止蓋体１３０の下面に設けられた接合部材１３１に熱が印加されることで、封止用導体パターン１１８と溶融接合される。また、蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。

接合部材１３１は、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、蓋体１３０の下面の外周縁から第一枠体１１０ｂ上の封止用導体パターン１１８にかけて設けられている。接合部材１３１は、例えば、ガラスの場合には、３５０℃〜４００℃で溶融する鉛フリーガラスである例えばバナジウムを含有した低融点ガラスから構成されている。鉛フリーガラスは、バインダーと溶剤とが加えられペースト状であり、溶融された後固化されることで他の部材と接着する。接合部材１３１は、例えば、ガラスフリットペーストがスクリーン印刷法で塗布され乾燥することで設けられる。

接合部材１３１は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂から構成されている。蓋体１３０の下面と封止用導体パターン１１８の上面との間に設けられた接合部材１３１の厚みは、３０〜１００μｍとなっている。

接合部材１３１は、例えば、金錫の場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、金が７０〜８０％、錫が２０〜３０％のものを使用しても良い。また、接合部材１３１は、例えば、銀ロウの場合には、接合部材１３１の層の厚みは、１０〜４０μｍであり、例えば、成分比率が、銀が７０〜８０％、銅が２０〜３０％のものを使用しても良い。

（ＳＡＷ共振子）
ＳＡＷ共振子は、図５及び図６に示されているように、圧電素子実装用パッケージ１１０と、圧電素子実装用パッケージ１１０の第一凹部Ｋ１内の基板１１０ａの上面に実装されたＳＡＷ素子２２０と、ＳＡＷ素子２２０を気密封止するための蓋体１３０と、を含んでいる。

ＳＡＷ素子２２０は、圧電素板２２１の上面に設けられた櫛形電極２２２と、反射電極２２３、引出電極２２４が設けられている。また、ＳＡＷ素子２２０は、櫛形電極２２２に電圧が印加されると、圧電素板２２１の上面および圧電素板２２１の上面付近が所定の周波数で振動する性質を有しているので、安定した機械振動を得ることができ電子機械等の基準信号を発信する役割を果たしている。

圧電素板２２１は、櫛形電極２２２に電圧を印加したとき、櫛形電極２２２が形成されている圧電素板２２１の上面および上面付近を所定の周波数で振動させるためのものである。また、圧電素板２２１は、水晶部材が用いられ、矩形形状の平板状となっている。

櫛形電極２２２は、圧電素板２２１の上面に設けられ、圧電素板２２１に電圧を印加させるためのものである。また、櫛形電極２２２は、第一櫛形電極２２２ａ及び第二櫛形電極２２２ｂによって構成されており、非接触な状態で互いに対向するように設けられている。

反射電極２２３は、櫛形電極２２２に印加された電圧により発生した振動を反射させて増幅させるためのものである。また、反射電極２２３は、第一反射電極２２３ａ及び第二反射電極２２３ｂによって構成されている。反射電極２２３は、平面視して、櫛形電極２２２を挟むようにして設けられている。

引出電極２２４は、櫛形電極２２２に電圧を印加するときに用いられるものである。引出電極２２４は、第一引出電極２２４ａ及び第二引出電極２２４ｂによって構成されている。第一引出電極２２４ａは、第一櫛形電極２２２ａから引き出されており、圧電素板２２１の一辺に向かって延出するように設けられている。第二引出電極２２４ｂは、第二櫛形電極２２２ｂから引き出されており、圧電素板２２１の一辺に向かって延出するように設けられている。つまり、引出電極２２４は、圧電素板２２１の長辺又は短辺に沿った形状で設けられている。また、本実施形態においては、第一接合パッド１１４ａと第一引出電極２２４ａとがワイヤ部１４２にて電気的に接続されており、第二接合パッド１１４ｂと第二引出電極２２４ｂとがワイヤ部１４２にて電気的に接続されている。

ＳＡＷ素子２２０は、圧電素板２２１の下面と第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に設けられた接着剤１４１により固着保持され、圧電素子実装用パッケージ１１０に実装される。また、接着剤１４１が、平面視して、圧電素板２２１の引出電極２２４側の端部と重なる位置に設けられている。これにより、平面視して、櫛形電極２２２と接着剤１４１とが重ならない位置に設けられることになるので、接着剤１４１が硬化するときに応力が生じても、櫛形電極２２２に応力がかからないため、発振周波数の変動を抑えることができる。また、接着剤１４１は、平面視して、反射電極２２３と重なる位置に設けられている。これにより、接着剤１４１は、平面視して、櫛形電極２２２と接着剤１４１とが重ならない位置に設けられることになるので、接着剤１４１が硬化するときに応力が生じても、発振に影響の少ない反射電極２２３に応力がかかるため、発振周波数の変動を抑えることができる。

接着剤１４１は、基板１１０ａとＳＡＷ素子２２０とを固着保持するためのものである。また、接着剤１４１は、第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に設けられ、圧電素板２２１の下面と接合されている。また、接着剤１４１は、熱可塑性接着剤が用いられ、例えば、エポキシ接着剤が用いられる。このような接着剤１４１は、まず、第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に塗付され、塗付された接着剤１４１を圧電素板２２１の下面と基板１１０ａの上面とで挟むように載置し、硬化させることで設けられる。

また、接着剤１４１が、第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に設けられていることにより、接着剤１４１が流れ出ることなくその場に留まるため、接着剤１４０の上下方向の厚みを確保することができ、ＳＡＷ素子２２０が基板に接触することを低減することができる。また、第一凸部１１５により、櫛形電極２２２側に向かって接着剤１４１が流れ込むことを抑えることができるので、櫛形電極２２２に接着剤にかかる応力がかかることを低減することができる。また、第二凸部１１６により、引出電極２２４側に向かって接着剤１３０が流れ込むことを抑えることができるので、ワイヤ部１４２に応力がかかり断線してしまうことを低減することができる。

ワイヤ部１４２は、引出電極２２４と接合パッド１１４とが接合することで電気的に接続させるためのものである。ワイヤ部１４２は、例えば、金線が用いられ、ワイヤボンディング接合により接合されている。

ワイヤ部１４２は、一方の端部がＳＡＷ素子２２０の引出電極２２４と接合され、他方の端部が基板１１０ａに設けられている接合パッド１１４に接合され、引出電極２２４と接合パッド１１４とを電気的に接続している。

本発明の圧電素子実装用パッケージ１１０は、矩形状の基板１１０ａと、基板１１０ａの上面の一辺に沿って設けられた電極パッド１１１と、基板１１０ａの上面の一辺と向かい合う一辺に沿って設けられた接合パッド１１４と、基板１１０ａの上面であって、電極パッド１１１と接合パッド１１４との間の位置に設けられた第一凸部１１５と、接合パッド１１４の間の位置に設けられた第二凸部１１６とを備えている。このようにすることにより、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた一対の引出電極１２３と、を有した圧電素子の一つである水晶素子１２０の場合には、電極パッド１１１上に導電性接着剤１４０を介して実装することができる。また、矩形状の圧電素板２２１と、圧電素板２２１の上面に設けられた櫛形電極２２２と、櫛形電極２２２と間を空けて圧電素板２２１の一辺に沿って設けられた引出電極２２４と、を有した圧電素子であるＳＡＷ素子２２０の場合には、第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に設けられた接着剤１４１にて実装され、接合パッド１１４と引出電極２２４とを電気的に接続することができる。このように、圧電デバイスの種類に対応させて多くの種類のパッケージを準備する必要がなく、圧電素子の異なる種類である水晶素子１２０とＳＡＷ素子２２０のどちらも実装させることができるため、生産性を向上させることができる。

本発明の圧電デバイスは、矩形状の水晶素板１２１と、水晶素板１２１の上下面に設けられた励振用電極１２２と、励振用電極１２２と間を空けて水晶素板１２１の一辺に沿って設けられた一対の引出電極１２３と、を有し、電極パッド１１１上に実装された水晶素子１２０と、水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０と、を備え、水晶素板１２１の一辺と向かい合う一辺が、平面視して、第一凸部１１５又は第二凸部１１６と重なる位置に設けられている。このようにすることにより、水晶素子１２０の引出電極１２３と、電極パッド１１１とが接合している箇所を軸として傾いても、水晶素子１２０の自由端が第一凸部１１５又は第二凸部１１６に接触するので、基板１１０の上面に水晶素子１２０の自由端が接触することを抑制することできる。仮に、水晶素子１２０の自由端が基板１１０に接触した状態で、落下試験を行うと、水晶素子１２０の自由端が欠けてしまう虞がある。このようにすることで、水晶素子１２０の自由端側が欠けてしまうことを抑えつつ、水晶素子１２０の発振周波数が変動することを低減することができる。また、このようにすることにより、外形形状寸法の異なる水晶素子１２０を圧電素子実装用パッケージ１１０の第一凹部Ｋ１内に実装することができる。よって、使用する水晶素子ごとに圧電素子実装用パッケージ１１０を変更する必要がなく、圧電デバイスの生産性を向上させることが可能となる。

また、本発明の圧電デバイスは、圧電素子実装用パッケージ１１０と、形状の圧電素板２２１と、圧電素板２２１の上面に設けられた櫛形電極２２２と、櫛形電極２２２と間を空けて圧電素板２２１の一辺に沿って設けられた引出電極２２４と、を有し、第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に設けられた接着剤１４１にて実装され、接合パッド１１４と引出電極２２４とが電気的に接続されたＳＡＷ素子２２０と、ＳＡＷ素子２２０を気密封止するための蓋体１３０と、を備え、接着剤１４１が、平面視して、圧電素板２２１の引出電極２２４側の端部と重なる位置に設けられている。これにより、平面視して、櫛形電極２２２と接着剤１４１とが重ならない位置に設けられることになるので、接着剤１４１が硬化するときに応力が生じても、櫛形電極２２２に応力がかからないため、発振周波数の変動を抑えることができる。

また、本発明の圧電デバイスは、接着剤１４１が、平面視して、反射電極２２３と重なる位置に設けられている。これにより、接着剤１４１は、平面視して、櫛形電極２２２と接着剤１４１とが重ならない位置に設けられることになるので、接着剤１４１が硬化するときに応力が生じても、発振に影響の少ない反射電極２２３に応力がかかるため、発振周波数の変動を抑えることができる。

また、本発明の圧電デバイスは、接着剤１４１が、第一凸部１１５と第二凸部１１６との間に設けられていることにより、接着剤１４１が流れ出ることなくその場に留まるため、接着剤１４１の上下方向の厚みを確保することができ、ＳＡＷ素子２２０が基板に接触することを低減することができる。また、第一凸部１１５により、櫛形電極２２２側に向かって接着剤１４１が流れ込むことを抑えることができるので、接着剤１４１にかかる応力が櫛形電極２２２にかかることを低減することができる。また、第二凸部１１６により、引出電極２２４側に向かって接着剤１３０が流れ込むことを抑えることができるので、ワイヤ部１４２に応力がかかり断線してしまうことを低減することができる。

（第一変形例）
本実施形態の第一変形例である水晶発振器は、図６〜図８に示すように、基板２１０ａの下面に第二枠体２１０ｃと、基板２１０ａの下面に実装された集積回路素子１５０とを備えている点において本実施形態の水晶振動子と異なる。水晶発振器は、図６及び図７に示されているように、圧電素子実装用パッケージ２１０と、圧電素子実装用パッケージ２１０の第一凹部Ｋ１内の基板２１０ａの上面に実装された水晶素子１２０と、圧電素子実装用パッケージ２１０の第二凹部Ｋ２内の基板２１０ａの下面に実装された集積回路素子１５０と、水晶素子１２０を気密封止するための蓋体１３０と、を含んでいる。また、基板２１０ａの下面には、集積回路素子１５０を実装するための接続パッド２１９が設けられている。

第二枠体２１０ｃは、基板２１０ａの下面の外周縁に沿って配置され、基板２１０ａの下面に第二凹部Ｋ２を形成するためのものである。第一枠体２１０ｂ及び第二枠体２１０ｃは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックス等のセラミック材料からなり、基板２１０ａと一体的に形成されている。第二枠体２１０ｃの下面の四隅には、外部端子２１２が設けられている。

外部端子２１２は、水晶発振器を電子機器等の実装基板に実装するためのものである。外部端子２１２は、第二枠体２１０ｃの下面の四隅に設けられている。外部端子２１２は、基板２１０ａの下面に設けられた六つの接続パッド２１９の内の四つと電気的に接続されている。また、外部端子２１２の内の一つは、電子機器等の実装基板上の基準電位であるグランド電位と接続されている実装パッドと接続されている。これにより、封止用導体パターン２１８に接合された蓋体１３０がグランド電位となっている外部端子２１２に接続される。よって、蓋体１３０がグランド電位となっている外部端子２１２と接続されている場合と比較して、蓋体１３０による第一凹部Ｋ１内のシールド性が向上する。また、外部端子２１２の内の他の一つは、出力端子として用いられ、外部端子２１２の内他の一つは、電源電圧端子として用いられる。

接続パッド２１９は、集積回路素子１５０を実装するために用いられている。また、接続パッド２１９は、例えば、六つ設けられており、基板２１０ａと第二枠体２１０ｃとで形成された第二凹部Ｋ２内の基板２１０ａの下面に三つずつ並んで配置されている。集積回路素子１５０の接続端子１５１と、接続パッド２１９とは、図９に示すように、導電性接合材１４３を介して機械的・電気的に接合されている。

集積回路素子１５０は、例えば、複数個の接続端子１５１を有した矩形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられ、その回路形成面（上面）には、水晶素子１２０に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。この発振回路部で生成された出力信号は、第二枠体２１０ｃの外部端子１１２の内の一つを介して水晶発振器の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。

導電性接合材１４３は、例えば、銀ペースト又は鉛フリー半田により構成されている。また、導電性接合材１４３には、塗布し易い粘度に調整するための添加した溶剤が含有されている。鉛フリー半田の成分比率は、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％のものが使用されている。

このような水晶発振器においても、上述した効果を奏することができ、安定した発振周波数を出力することができる。

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上記の実施形態では、電極パッド１１１と外部端子１１２とが基板１１０内に設けられた導体部１１７によって電気的に接続されていたが、基板の側面に配線パターンを設けて、電極パッド１１１と外部端子１１２とを電気的に接続すするようにしても構わない。また、上記の実施形態の第一変形例では、水晶素子は、ＡＴ用水晶素子を用いた場合を説明したが、基部と、基部の側面より同一の方向に延びる二本の平板形状の振動腕部とを有する音叉型屈曲水晶素子を用いても構わない。

また、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の外周の厚みを薄くし、水晶素板１２１の外周部と比べて水晶素板１２１の中央部が厚くなるように設けるベベル加工を用いても構わない。また、水晶素子１２０のベベル加工方法について説明する。所定の粒度のメディアと砥粒とを備えた研磨材と、所定の大きさに形成された水晶素板１２１とを用意する。円筒体に用意した研磨材と水晶素板１２１とを入れ、円筒体の開口した端部をカバーで塞ぐ。研磨材と水晶素板１２１とを入れた円筒体を、円筒体の中心軸線を回転軸として回転させる水晶素板１２１が研磨材で研磨されてベベル加工が行われる。

上記実施形態の圧電デバイスのＳＡＷ共振子２２０の櫛形電極２２２の上面に絶縁性樹脂を設けても構わない。このようにすることにより、金属くずなどの異物が、櫛形電極２２２間に付着して短絡してしまうことを抑えることができる。

上記実施形態の発振器では、水晶素子１２０を実装していたが、図９に示すように、ＳＡＷ素子２２０を実装しても構わない。ＳＡＷ発振器の場合には、また、第一凸部２１５は、集積回路素子１５０が動作するときに発生する熱の影響を低減させる役割を果たしている。第一凸部２１５は、基板２１０ａとＳＡＷ素子２２０を固着保持している接着剤１４１との近接する位置に設けられている。このため、集積回路素子１５０が動作するときに生じた熱は、まず、接続パッド２１９から基板２１０ａに移動し、基板２１０ａから第一凸部２１５を経由し、基板２１０ａの表面を伝わって接着剤へ移動し、その後、ＳＡＷ素子２２０へ移動することとなる。従って、第一凸部２１５を設けることで、集積回路素子１５０からＳＡＷ素子２２０まで熱が移動する速度を遅くし、ＳＡＷ素子２２０の熱の影響を低減させることができる。

１１０ａ、２１０ａ・・・基板
１１０ｂ、２１０ｂ・・・第一枠体
２１０ｃ・・・第二枠体
１１０、２１０・・・圧電素子実装用パッケージ
１１１、２１１・・・電極パッド
１１２、２１２・・・外部端子
１１３、２１３・・・配線パターン
１１４、２１４・・・接合パッド
１１５、２１５・・・第一凸部
１１６、２１６・・・第二凸部
１１７・・・導体部
１１８、２１８・・・封止用導体パターン
２１９・・・接続パッド
１２０・・・水晶素子
２２０・・・ＳＡＷ素子
１２１、２２１・・・圧電素板（水晶素板）
１２２・・・励振用電極
２２２・・・櫛形電極
１２３、２２４・・・引出電極
１３０・・・蓋体
１３１・・・接合部材
１４０・・・導電性接着剤
１４１・・・接着剤
１４２・・・ワイヤ部
１４３・・・導電性接合材
１５０・・・集積回路素子
Ｋ１・・・第一凹部
Ｋ２・・・第二凹部

Claims (4)

1. 矩形状の基板と、
   前記基板の上面の一辺に沿って設けられた電極パッドと、
   前記基板の上面の前記一辺と向かい合う一辺に沿って設けられた接合パッドと、
   前記基板の上面であって、前記電極パッドと前記接合パッドとの間の位置に設けられた第一凸部と、
   前記接合パッドの間の位置に設けられた第二凸部と、を備えたことを特徴とする圧電素子実装用パッケージ。
2. 請求項１記載の圧電素子実装用パッケージと、
   矩形状の水晶素板と、前記水晶素板の上下面に設けられた励振用電極と、前記励振用電極と間を空けて前記水晶素板の一辺に沿って設けられた一対の引出電極と、を有し、前記電極パッド上に実装された水晶素子と、
   前記水晶素子を気密封止するための蓋体と、を備え、
   前記水晶素板の一辺と向かい合う一辺が、平面視して、前記第一凸部又は前記第二凸部と重なる位置に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１記載の圧電素子実装用パッケージと、
   矩形状の圧電素板と、前記圧電素板の上面に設けられた櫛形電極と、前記櫛形電極と間を空けて前記圧電素板の一辺に沿って設けられた引出電極と、を有し、前記第一凸部と前記第二凸部との間に設けられた接着剤にて実装され、前記接合パッドと前記引出電極とが電気的に接続されたＳＡＷ素子と、
   前記ＳＡＷ素子を気密封止するための蓋体と、を備え、
   前記接着剤が、平面視して、前記圧電素板の前記引出電極側の端部と重なる位置に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項３記載の圧電デバイスであって、
   前記ＳＡＷ素子には、平面視して、前記櫛形電極を挟むようにして設けられた反射電極と、を備え、
   前記接着剤が、平面視して、前記圧電素板の前記反射電極と重なる位置に設けられていることを特徴とする圧電デバイス。

Images