JP4636018B2 - 圧電振動素子用パッケージ及び圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子や水晶フィルタ、水晶発振器などの圧電振動素子用パッケージ及び圧電振動子に関するものである。特に、セラミック材料などからなる表面実装型パッケージに圧電振動素子を搭載してなるパッケージ電極パッドを改善するものである。

気密封止を必要とする電子部品の例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等の圧電振動デバイスがあげられる。これら各製品はいずれも水晶振動板（圧電振動素子）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。

これら圧電振動デバイスは部品の表面実装化の要求から、セラミック材料からなるパッケージ内に気密的に収納する構成が増加している。例えば、特許文献１には、表裏面に励振電極が形成された水晶振動板を搭載する４つの電極パッド（接続電極）を有する断面凹形のベース（基板）と、断面が逆凹形のキャップ（蓋）とからなり、これらを気密的に封止したセラミック材料からなるパッケージが開示されている。ここでは、前記４つの電極パッドのうちお互いに長辺方向で対向する電極パッドを２個ずつ接続電極（金属配線）により共通接続して同電位とすることで、一対の電極パッドが２組ベースの中心に対し線対称に配置されるので、水晶振動板を導電性接合材により前記一対の電極パッドに電気的機械的に接合する場合、搭載する際の方向性を考慮することなく組み立て作業性を向上させるものである。また、特許文献１に開示されているパッケージ構成であれば、水晶振動板を長辺方向の一端のみで片持ち保持することも、長辺方向の両端で両持ち保持することもできるので、汎用性の高いものである。
特開平７−２３５８５４号公報

近年、上述のような、圧電振動デバイスに使用されるパッケージは、ますます軽薄短小化が進んでおり、圧電振動素子を小型化しても、ＣＩ値や周波数感度などの電気的特性を低下させないために、励振電極を圧電振動素子の端部に近接してなるべく大きく形成し、有効面積を確保するような構成となってきている。しかしながら、このような構成の圧電振動素子を上記特許文献１のパッケージに使用すると、長辺方向、あるいは短辺方向にそれぞれ異電位の電極パッドが存在するため、圧電振動素子の励振電極とこれらパッケージの電極パッドいずれかが接触してショートするといった問題がある。また、パッケージの電極パッドにショートしないように圧電振動素子の励振電極を形成するために、設計的な寸法制限が加わるだけでなく、圧電振動素子の電気的特性の低下につながり、さらに、圧電振動素子をパッケ−ジに搭載する場合にズレなどの誤差を見込んで形成する必要もあるので、小型化に極めて不利なパッケージであるといった問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、圧電振動素子の電気的特性を低下させることなく小型化に対応でき、圧電振動素子を片持ち保持、両持ち保持することができる圧電振動素子用パッケージを提供することを目的とし、汎用性の高い圧電振動デバイスを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動素子用パッケージは、表裏面に励振電極が形成された圧電振動素子を保持するベースと、当該圧電振動素子を気密封止するキャップとを有し、前記圧電振動素子を前記ベースの内部底面に保持可能とした圧電振動素子用パッケージであって、前記ベースの内部底面の各角部には、圧電振動素子の励振電極と電気的に接続する４つの電極パッドを形成するための電極パッド形成領域となる段差部がそれぞれ設けられ、かつ、前記電極パッド形成領域に前記電極パッドがそれぞれ形成され、少なくとも１つの前記電極パッドの面積が他の前記電極パッドの面積よりも小さく、かつ、面積が小さい前記電極パッドは、当該電極パッドが形成される前記電極パッド形成領域内において、他の前記電極パッド形成領域から離れた位置に形成され、前記４つの電極パッドは、第１の電極パッド，第２の電極パッド，第３の電極パッド及び第４の電極パッドからなり、前記第１の電極パッドと前記第４の電極パッドとが、前記ベースの内部底面に対角配置され、前記第２の電極パッドと前記第３の電極パッドとが、前記ベースの内部底面に対角配置され、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとが、異電位で構成され、前記第１の電極パッドと前記第３の電極パッドとが、第１の接続電極により接続されて同電位で構成され、前記第２の電極パッドと前記第４の電極パッドとが、第２の接続電極により接続されて同電位で構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、前記ベースの内部底面の各角部に前記電極パッド形成領域となる段差部がそれぞれ設けられ、かつ、前記電極パッド形成領域に前記電極パッドがそれぞれ形成され、少なくとも１つの前記電極パッドの面積が他の前記電極パッドの面積よりも小さく、かつ、面積が小さい前記電極パッドは、当該電極パッドが形成される前記電極パッド形成領域内において、他の前記電極パッド形成領域から離れた位置に形成され、前記第１の電極パッドと前記第４の電極パッドとが、前記ベースの内部底面に対角配置され、前記第２の電極パッドと前記第３の電極パッドとが、前記ベースの内部底面に対角配置され、前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとが、異電位で構成され、前記第１の電極パッドと前記第３の電極パッドとが、第１の接続電極により接続されて同電位で構成され、前記第２の電極パッドと前記第４の電極パッドとが、第２の接続電極により接続されて同電位で構成されるので、異電位となる前記電極パッドと他の同電位に構成された前記電極パッドとの電気的接続を回避して、異電位の電極パッドと同電位の電極パッドとの短絡による圧電振動デバイスの不良を抑制することが可能となる。その結果、圧電振動素子の電気的特性を低下させることなく小型化に対応でき、圧電振動素子を片持ち保持、両持ち保持することができる。また、前記ベースの内部底面の各角部には、前記電極パッドを形成するための電極パッド形成領域となる段差部がそれぞれ設けられ、面積が小さい前記電極パッドは、当該電極パッドが形成される前記電極パッド形成領域内において、他の前記電極パッド形成領域から離れた位置に形成されるので、当該圧電振動素子用パッケージの小型化にともなって圧電振動素子の寸法制限が加わったとしても、圧電振動素子を当該圧電振動素子用パッケ−ジに搭載する際のズレの悪影響をなくすとともに、当該圧電振動素子用パッケージの長辺方向、あるいは短辺方向に圧電振動素子の励振電極を拡大して形成するのに、好適である。

また、本発明によれば、圧電振動素子の一対の励振電極を前記ベースの内部底面の前記特定の辺に沿って形成された前記第１の電極パッド前記と第２の電極パッド、あるいは前記第３の電極パッドと前記第４電極パッドに電気的に接続することで、当該圧電振動素子を片持ち保持することができる。また、圧電振動素子の一対の励振電極を前記第２の電極パッドと前記第３の電極パッド、または前記第１の電極パッドと前記第４電極パッドに接続することで、当該圧電振動素子を両持ち保持することができる。その結果、圧電振動デバイス用パッケージを用いて、より汎用性の高い圧電振動デバイスを製造することが可能となる。

また、圧電振動デバイスの完成品に対して外部衝撃が加わり、圧電振動素子が撓んだとしても、面積が他の電極パッドの面積よりも小さくなるように設定された少なくとも１つの電極パッドと、前記ベースとの対向面側の圧電振動素子の励振電極とが直接接触するのを防ぐことができる。その結果、短絡（ショート）などに起因する圧電振動素子の発振停止をなくすことができる。また、少なくとも１つの電極パッドの面積が他の電極パッドの面積よりも小さくなるように設定されるので、当該圧電振動素子用パッケージの小型化にともなって圧電振動素子の寸法制限が加わったとしても、圧電振動素子を当該圧電振動素子用パッケ−ジに搭載する際のズレの悪影響をなくすとともに、当該圧電振動素子用パッケージの長辺方向、あるいは短辺方向に圧電振動素子の励振電極を拡大して形成することができるため、圧電振動素子の電気的特性をより向上させることができる信頼性の高い圧電振動デバイスとなる。

前記構成において、前記電極パッド、前記第１，２の接続電極は、前記ベースの内部底面の中心を中心点として点対称に形成してもよい。

この場合、上述の作用効果に加え、前記電極パッド、前記第１，２の接続電極について、前記ベースの内部底面の中心点で点対称に形成したことで、前記ベースの方向性をなくし、前記ベースを製造したり、前記圧電振動素子を搭載する際の生産効率を高めることができる。

前記構成において、前記第１の接続電極と前記第２の接続電極は、ほぼ同面積で形成されてもよい。

この場合、上述の作用効果に加え、前記第１の接続電極と第２の接続電極は、ほぼ同面積に形成したことで、前記ベースの異電位間における前記電極パッドから外部に接続される端子電極までの容量値を近似させることができ、端子方向によって発振周波数の微少な相違が生じるなど電気的特性が異なるといった悪影響をなくすことができる。

また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動子は、上記した圧電振動素子用パッケージと、表裏面に励振電極が形成された圧電振動素子と、が設けられ、前記ベースの内部底面に前記圧電振動素子が保持され、かつ、前記ベースの電極パッドと前記圧電振動素子の励振電極とが電気的に接続されたことを特徴とする。

本発明にかかる圧電振動子によれば、上記した圧電振動素子用パッケージと、前記圧電振動素子と、が設けられ、前記ベースの内部底面に前記圧電振動素子が保持され、かつ、前記ベースの電極パッドと前記圧電振動素子の励振電極とが電気的に接続されるので、上述の作用効果を有する。そのため、前記ベースの内部底面への前記圧電振動素子の保持方向を限定せずに前記圧電振動素子をベースに保持させて搭載させることが可能となる。また、前記励振電極のパターンが異なる複数種類の前記圧電振動素子であっても、前記圧電振動素子用パッケージを複数種類の前記圧電振動素子の共通の圧電振動素子用パッケージとして用いることが可能となる。

前記構成において、前記圧電振動素子の表面には、前記励振電極から予め設定した一端部の両端領域に引き出された表面側引出電極が形成され、前記圧電振動素子の裏面には、前記励振電極から前記一端部と対向する他端部の両端領域に引き出された裏面側引出電極が形成され、前記表面側引出電極と、前記電極パッドと、が電気的に接続され、前記裏面側引出電極と、前記表面側引出電極と接合された前記電極パッドと異電位に構成された前記電極パッドと、が電気的に接続されてもよい。

この場合、前記圧電振動素子の表面に表面側引出電極が形成され、前記圧電振動素子の裏面に裏面側引出電極が形成され、前記表面側引出電極と前記電極パッドとが電気的に接続され、前記裏面側引出電極と前記表面側引出電極と接合された前記電極パッドと異電位に構成された前記電極パッドと、が電気的に接続されるので、前記圧電振動素子を前記ベースの内部底面に保持する際、前記圧電振動素子の表裏面が逆になった状態で前記圧電振動素子を前記ベースの内部底面に保持した場合であっても、特定の位置で前記表裏面側引出電極それぞれと接合される電極パッドが異電位に構成される。しかも、この構成によれば、短絡（ショート）などを起こすことがない。その結果、圧電振動素子のベースへの保持に関する自由度を上げることが可能となる。また、本構成によれば、特に、前記回避手段が、前記ベースの内部底面の角部に前記４つの電極パッドを形成するための前記電極パッド形成領域が形成され、かつ、当該電極パッドの面積がそれぞれ４つの前記電極パッド形成領域の範囲に収まるとともに、少なくとも１つの前記電極パッドの面積が他の前記電極パッドの面積よりも小さくなるように設定されてなる場合にその作用効果が顕著にあらわれる。つまり、異電位に構成されるとともに容量が大きい前記電極パッドを前記表裏面側引出電極との電気的な接続位置（接合位置）として任意に特定することで、接続が確実で生産効率を高めることができる。

本発明にかかる圧電振動素子用パッケージによれば、圧電振動素子の電気的特性を低下させることなく小型化に対応でき、圧電振動素子を片持ち保持、両持ち保持することができる。その結果、汎用性の高い圧電振動デバイスを提供することができる。

図１は、第１の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の分解斜視図である。 図２は、図１のベースの平面図である。 図３は、図２に示すベースの底面図である。 図４は、図２の水晶振動板を片持ち保持した状態の平面図である。 図５は、図２の水晶振動板を両持ち保持した状態の平面図である。 図６は、第２の実施形態を示す表面実装型水晶振動子のベースの平面図である。 図７は、図６に示すベースの底面図である。 図８は、第２の他の実施形態を示すベースの平面図である。 図９は、第３の実施形態を示す表面実装型水晶振動子のベースの平面図である。 図１０は、他の実施形態にかかる圧電振動素子の平面図である。 図１１は、他の実施形態にかかる圧電振動素子の平面図である。 図１２は、他の実施形態にかかる圧電振動素子の平面図である。 図１３は、他の実施形態にかかる表面実装型水晶振動子のベースの平面図である。

符号の説明

１ ベース
１４，１５，１６，１７ 第１〜４の電極パッド（電極パッド）
１４０ 第１の接続電極
１５０ 第２の接続電極
１４１，１５１，１６１，１７１，Ｂ１，Ｄ１ バンプ
１４２，１５２，１６２，１７２ 電極パッド形成領域
２ キャップ
３ 水晶振動板 (圧電振動素子)
３１，３２ 励振電極

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動デバイスとして表面実装型水晶振動子（以下、水晶振動子とする）に本発明を適用した場合を示す。

−第１の実施形態−
本発明の参考例としての第１の実施形態を、表面実装型の水晶振動子を例にとり図面とともに説明する。図１は第１の実施形態を示す表面実装型水晶振動子の分解斜視図であり、図２は図１のベース平面図であり、図３は図２の底面図である。図４は図２の水晶振動板を片持ち保持した状態の平面図であり、図５は図２の水晶振動板を両持ち保持した状態の平面図である。

水晶振動子は、図１に示すように、表裏面に励振電極３１，３２が形成された水晶振動板（本発明でいう圧電振動素子）３を保持するベース１と、水晶振動板３を気密封止するキャップ２とを有する。具体的に、本第１の実施の形態にかかる水晶振動子は、上部が開口した凹部を有する平面視矩形状のベース１と、ベース１の内部底面（下記する収納部１０参照）において保持する水晶振動板３と、ベース１の開口部に接合されるキャップ２とからなる。なお、水晶振動板３は、その表裏面それぞれに、励振電極３１，３２と、この励振電極３１，３２と外部電極とを電気的に接続するために励振電極３１，３２から引き出された引出電極３１ａ、３２ａとを形成している。

ベース１は、例えばアルミナセラミック材料からなり、矩形平板形状のベース基体と、中央部分が大きく穿設されるとともに外形サイズがベース基体とほぼ等しい枠体とからなり、これら各層が積層されて一体的に焼成されている。上記焼成成形後、枠体の上面にはガラス層１１ａが焼き付け加工等の手法により形成されている。つまり、ベース１は、断面でみて凹形の水晶振動板３を収納し保持する収納部１０を有した形態となる。凹形周囲の堤部１１上に周状のガラス層１１ａが形成されている。なお、ガラス層１１ａは形成していなくてもベース１とキャップ２の気密接合を行うことが可能であるが、ガラス層１１ａを形成することにより接合強度を向上させることができる。このベース１の外周上下部には、長辺方向両端部の中央部分にキャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成され、４角にキャスタレーションＣ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６が形成されている。このうちキャスタレーションＣ１，Ｃ２の下方には連結電極１２１，１３１が形成され、外部に接続される端子電極１２，１３と電気的につながっている（図３参照）。

また、図２、図３に示すように、ベース１の内部底面（収納部１０参照）の角部には、水晶振動板３の励振電極３１，３２と電気的に接続する４つの電極パッド１４，１５，１６，１７が形成されている。これら、４つの電極パッドは、第１の電極パッド１４，第２の電極パッド１５，第３の電極パッド１６及び第４の電極パッド１７からなる。

第１の電極パッド１４と第２の電極パッド１５がベースの内部底面１の予め設定した特定の辺（本実施の形態では短辺方向）に沿って形成される。また、第１の電極パッド１４と第３の電極パッド１６が短辺方向と直交する２つの長辺のうち、一方の長辺に沿って形成される。第２の電極パッド１５と第４の電極パッド１７が短辺方向と直交する２つの長辺のうち、他方の長辺に沿って形成される。これら電極パッド１４，１５，１６，１７は、連結電極１２１，１３１およびキャスタレーションＣ１，Ｃ２を介して、ベース１の底面へ延出されている。そして、ベース１の底面に形成された端子電極１２，１３と電気的に接続されている。

第１の電極パッド１４と第２の電極パッド１５は、異電位で印加できるように電気的に独立してベース底面の端子電極１２、または端子電極１３に延出されている。第１の電極パッド１４と第３の電極パッド１６は、同電位で印加できるように第１の接続電極１４０により共通接続してベース底面の端子電極１３に延出される。第２の電極パッド１５と第４の電極パッド１７は、同電位で印加できるように第２の接続電極１５０により共通接続してベース底面の端子電極１２に延出される。なお、第１，２の接続電極１４０，１５０は、ほぼ同面積で同形状としているので、ベースの異電位間における電極パッドから外部に接続される端子電極までの容量値を近似させることができる。そのため、端子方向によって発振周波数の微少な相違が生じるなど電気的特性が異なるといった悪影響をなくすことができる。これらの端子電極、連結電極、電極パッド、接続電極は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベースと一体的に焼成して形成し、これのうち一部のものは、メタライズ上部にニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成して構成されている。

上記した構成からなる水晶振動子は、同電位に構成された第１の電極パッド１４及び第３の電極パッド１６と、異電位となる第２の電極パッド１５及び第４の電極パッド１７との電気的接続を回避する回避手段が設けられている。

回避手段は、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７より小さなバンプ１４１，１５１，１６１，１７１からなる。これらバンプ１４１，１５１，１６１，１７１は、図２に示すように、それぞれ第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７上部であって、水晶振動板３をベース１に収容して保持した際に水晶振動板３のベース１との対向面側の励振電極３２と重畳しない位置に形成されている。

具体的に、バンプ１４１，１５１，１６１，１７１は、それぞれ第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の上部の、水晶振動板３の引出電極３１ａ，３２ａの一部と水晶振動板３の外周端部の一部と重畳する位置であって水晶振動板３のベース１との対向面側の励振電極３２と重畳しない位置、及び、水晶振動板３の外周端部の一部と重畳する位置であって水晶振動板３のベース１との対向面側の励振電極３２と重畳しない位置に、形成されている。また、バンプ１４１，１５１，１６１，１７１は、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７と同材質からなる。

つまり、図４に示す水晶振動板３を用いた場合、第１，２の電極パッド１４，１５に形成されたバンプ１４１，１５１は、水晶振動板３の外周端部と引出電極３１ａ，３２ａの一部に接触するだけであり、水晶振動板３の裏面側の励振電極（ベース１との対向面側）３２と直接接触しない。また、図５に示す水晶振動板３を用いた場合、第２，３の電極パッド１５，１６に形成されたバンプ１５１，１６１は、水晶振動板３の外周端部と引出電極３１ａ，３２ａの一部に接触するだけであり、水晶振動板３の裏面側の励振電極（ベース１との対向面側）３２と直接接触しない。そのため、水晶振動板３と電気的に接続しない電極パッドに形成されたバンプ１６１，１７１（図４の場合）、またはバンプ１４１，１７１（図５の場合）は、水晶振動板３の外周端部に接触するものの裏面側の励振電極（ベース１との対向面側）３２と直接接触しない。具体的に、図４，５に示す水晶振動板３の場合、第４の電極パッド１７に形成されたバンプ１７１は、水晶振動板３の外周端部に接触するだけであり、バンプ１７１を介して第４の電極パッド１７が異電圧の励振電極３２と直接接触しない。そのため、短絡（ショート）などに起因する水晶振動板３の発振停止をなくすことができる。

また、図４を例にして、水晶振動板３を導電性接合材Ｄで接続する場合、バンプ１４１，１５１で浮き上がった部分に引出電極３１ａ，３２ａが位置するので、バンプ１４１，１５１を介して引出電極３１ａ，３２ａと第１，２の電極パッド１４，１５との確実な接続が行える。さらに、バンプ１４１，１５１と第１，２の電極パッド１４，１５の隙間部分に導電性接合材Ｄがたまり、接合面積が増大するので、水晶振動板３とベース１の第１，２の電極パッド１４，１５との接合強度をより高めることができる。

さらに、水晶振動子の完成品に対して外部衝撃が加わり、水晶振動板３が撓んだとしても、水晶振動板３の外周端部とバンプ１６１，１７１が接触し、第３，４の電極パッド１６，１７とバンプ１６１，１７１との隙間寸法により、第３，４の電極パッド１６，１７とベース１との対向面側の励振電極３２とが直接接触するのを防ぐことができ、短絡（ショート）などに起因する水晶振動板３の発振停止をなくすことができる。

また、本実施形態の場合、搭載された水晶振動板３の励振電極３２の領域におよばない長辺方向の一端側の第１，２の電極パッド１４，１５については、バンプ１４１，１５１を第１，２の電極パッド１４，１５の形状に対応した若干小さな矩形形状とし、搭載された水晶振動板３の励振電極３２の領域におよぶ長辺方向の他端側の第３，４の電極パッド１６，１７については、バンプ１６１，１７１をベース１の外部に偏った一文字形状とすることで、水晶振動板３の励振電極３２を長辺方向の他端側に拡大して形成したとしても、当該バンプ１６１，１７１は、矩形状の励振電極３２の領域におよぶことなく、矩形状の水晶振動板３の外周端部に対応した形状で水晶振動板３を搭載することができる。

また、これらのバンプ１４１，１５１，１６１，１７１の形成に関して、まず、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のメタライズを印刷形成する。これらの第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のメタライズが乾燥した後に、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７上部にバンプ１４１，１５１，１６１，１７１の形状に応じて、バンプ１４１，１５１，１６１，１７１のメタライズを印刷形成する。次に、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７とバンプ１４１，１５１，１６１，１７１が積層された状態で一体的に焼成してこれらのメタライズを形成する。そして、これら第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７とバンプ１４１，１５１，１６１，１７１のメタライズ上部に上述のようなニッケルメッキを形成する。形成したニッケルメッキの上部に金メッキを形成してバンプ１４１，１５１，１６１，１７１を形成する。

また、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の上部には矩形の水晶振動板３が搭載される。水晶振動板３の表裏面には、例えば、水晶振動板３に接してクロム、金の順に、あるいはクロム、金、クロムの順に、あるいはクロム、銀、クロムの順で一対の励振電極３１，３２が形成されている。

この水晶振動板３を片持ち保持する場合、図４に示すように、水晶振動板３の励振電極３１，３２は、ベース１の第１，２の電極パッド１４，１５の方向へ引き出されており、水晶振動板３の引き出された電極部分と第１，２の電極パッド１４，１５が、例えばシリコーン系の導電性接合材Ｄにより導電接合される。このとき、ベース１の第１の電極パッド１４と前記水晶振動板の裏面側の励振電極（ベース１との対向面側）３２とを電気的に接続し、ベース１の第２の電極パッド１５と水晶振動板３の表面側の励振電極（キャップ２との対向面側）３１とを電気的に接続している。また、上述のように、第１，２の電極パッド１４，１５と水晶振動板３を導電性接合材Dにより接合すると、第３，４の電極パッド１６，１７と水晶振動板３は、一定の間隔を有した状態で電気的機械的に接合されることなく、枕材としてとして機能する。

また、この水晶振動板３を両持ち保持する場合、図５に示すように、水晶振動板３の励振電極３１，３２はベース１の第２，３の電極パッド１５，１６の方向へ引き出されており、水晶振動板３の引き出された電極部分と第１，２の電極パッド１４，１５が、例えばシリコーン系の導電性接合材Ｄにより導電接合される。このとき、ベース１の第３の電極パッド１６と水晶振動板３の裏面側の励振電極（ベース１との対向面側）３２とを電気的に接続し、前記第２の電極パッド１５と前記水晶振動板の表面側の励振電極（キャップ２との対向面側）３１とを電気的に接続している。また、上述のように、第２，３の電極パッド１５，１６と水晶振動板３を導電性接合材Dにより接合すると、第１，４の電極パッド１４，１７と水晶振動板３は、一定の間隔を有した状態で電気的機械的に接合されることなく、枕材としてとして機能する。

ベース１を気密封止するキャップ２は、例えば下側に開口した逆凹形状であり、アルミナセラミック材料またはセラミックガラス材料からなる。キャップ２の接合面には、図示していないが、封止接合材として例えば鉛系、ビスマス系、あるいはスズリン酸系の低融点ガラス材が形成されている。

ベース１とキャップ２の接合は所定温度の加熱により、キャップ２に形成されたガラス材を溶融させ気密封止を行う。この気密封止作業は、キャップ２の位置決めと自重封止を行うために、マトリクス状に収納部の設けられたパレットを用い、多数個について一括処理を行えばよい。なお、加重錘をベース１上に搭載し、各ベース１とキャップ２の接合促進を行ってもよい。また、上記実施形態では、ベース１とキャップ２の両接合領域にガラス接合材を形成しているが、ベース１あるいはキャップ２の一方にのみ形成してもよい。以上により表面実装型の水晶振動子の完成となる。

また、水晶振動板３に関して、Ｚ軸方向でベース１と接着してベース１に搭載することで、周波数の影響が少なくない、好ましい形態となる。

なお、本第１の実施形態では、上部が開口した凹部を有する平面視矩形状のベース１とベース１の開口部に接合されるキャップ２とを用いているが、これに限定されるものではなく、ベース１とキャップ２とにより水晶振動板３を気密封止できれば任意に設定してもよい。例えば、上部が平坦面からなる直方体のベースと、下部が開口した凹部を有するキャップとを用いてもよい。

また、本第１の実施形態では、ベースの内部底面１の予め設定した特定の辺を、短辺方向としているが、長辺方向であってもよい。

また、本第１の実施形態では、ベース１の内部底面が平坦に形成されているが、これに限定されるものではなく、段差部を有してもよい。例えば、ベース基体上に上段層を設け、この上段層に４つの電極パッドを形成してもよい(下記する第３の実施形態参照)。

また、上記した本第１の実施形態では、封止接合材としてガラス材を例にしているが、樹脂等でもよい。さらに、セラミックベースに金属製のキャップを用い、封止接合材に銀ロウ材等のロウ材を用いたレーザ封止、電子ビーム封止、シーム封止等でも適用できる。

また、上記した本第１の実施形態では、表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、水晶発振器など電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスにも適用できる。

―第２の実施形態―
次に、本発明の参考例としての第２の実施形態を、表面実装型の水晶振動子を例にとり、図面とともに説明する。図６は第２の実施形態を示すベース平面図であり、図７は図６の底面図である。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態に対して端子電極、連結電極による引き出し構成のみが異なるものである。そのため、同様の構成は同番号を付すとともに、相違点のみを説明する。そのため、同一構成による作用効果及び変形例は、上記した第１の実施形態と同様の作用効果及び変形例を有する。

ベース１は、断面形状が凹形である収納部１０を有した形態となっており、凹形周囲の堤部１１上に周状のガラス層１１ａが形成されている。ベース１の底面の４角には、端子電極１２，１３，１８，１９(端子電極１８，１９はダミー接続電極として使用)が形成されている。このベース１の外周上下部には、長辺方向両端部の中央部分にキャスタレーションＣ１，Ｃ２が形成され、４角にキャスタレーションＣ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６が形成されている。このうち、キャスタレーションＣ３，Ｃ５の下方には連結電極１２２，１３２が形成され、外部に接続される端子電極１２，１３と５電気的につながっている。なお、本実施形態では、端子電極１８，１９をダミー接続電極として用いているが、アース電極として用いてもよい。

図６、図７に示すように、ベース１の内部底面（収納部１０参照）には、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７が短辺方向両端部と長辺方向両端部にそれぞれ形成されており、これら第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７は、連結電極１２２，１３２およびキャスタレーションＣ３，Ｃ５を介して、ベース１の底面に形成された端子電極１２，１３へと電気的に延出されている。そして、短辺方向に対向する第１の電極パッド１４と、第２の電極パッド１５とが異電位で印加できるように電気的に独立してベース１の底面の端子電極１２，１３に延出され、長辺方向に対向する第１の電極パッド１４と、第３の電極パッド１６が同電位で印加できるように第１の接続電極１４０により共通接続してベース１の底面の端子電極１３に延出された状態で構成されるとともに、長辺方向に対向する第２の電極パッド１５と第４の電極パッド１７が同電位で印加できるように第２の接続電極１５０により共通接続してベース１の底面の端子電極１２に延出された状態で構成されている。なお、第１，２の接続電極１４０，１５０は、ほぼ同面積で同形状としているので、ベースの異電位間における電極パッドから外部に接続される端子電極までの容量値を近似させることができ、端子方向によって発振周波数の微少な相違が生じるなど電気的特性が異なるといった悪影響をなくすことができる。これらの端子電極１２，１３、連結電極１２２，１３２、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７、接続電極１４０，１５０、ダミー接続電極１８，１９は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース１と一体的に焼成して形成し、これのうち一部のものは、メタライズ上部にニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成して構成されている。

第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の上部には、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７と同材質のバンプ１４１，１５１，１６１，１７１が、図示しない水晶振動板３の外周端部に接触するとともに裏面側の励振電極（ベース１との対向面側）３２と直接接触しない位置に形成されている。本第２の実施形態の場合、バンプ１４１，１５１，１６１,１７１を略Ｌ字形状とすることで、水晶振動板３の励振電極３１，３２を長辺方向の他端側に拡大して形成したとしても、バンプ１４１，１５１，１６１，１７１は、矩形状の励振電極（ベース１との対向面側）３２の領域におよぶことなく、矩形状の水晶振動板３の外周端部に対応した形状で水晶振動板３を搭載することができる。

また、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７と、バンプ１４１，１５１，１６１，１７１と、第１，２の接続電極１５０，１６０は、ベース１の内部底面（収納部１０参照）の中心を中心点として点対称に形成されている。このため、ベース１の方向性をなくしてベース１を製造したり、水晶振動板３を搭載する際の製造性を高めることができる。

これらのバンプ１４１，１５１，１６１，１７１を形成する場合、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のメタライズを印刷形成する。これら第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のメタライズが乾燥した後に、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の上部にバンプの形状に応じて印刷して形成する。電極パッドとバンプが積層された状態で一体的に焼成することで同時に形成し、これらのメタライズ上部にも上述のようなニッケルメッキを形成し、その上部に金メッキを形成して構成されている。

また、これらのバンプ１４１，１５１，１６１，１７１の形成に関して、まず、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のメタライズを印刷形成する。これらの第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のメタライズが乾燥した後に、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７上部にバンプ１４１，１５１，１６１，１７１の形状に応じて、バンプ１４１，１５１，１６１，１７１のメタライズを印刷形成する。次に、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７とバンプ１４１，１５１，１６１，１７１が積層された状態で一体的に焼成してこれらのメタライズを形成する。そして、これら第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７とバンプ１４１，１５１，１６１，１７１のメタライズ上部に上述のようなニッケルメッキを形成する。形成したニッケルメッキの上部に金メッキを形成してバンプ１４１，１５１，１６１，１７１を形成する。

なお、上記した本第１，２の実施形態では、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７電極パッドと同材質からなる略Ｌ字形状、矩形状、あるいは一文字形状のバンプ１４１，１５１，１６１，１７１を例にしている。しかしながら、これに限定されるものではなく、図８に示すように、ドット状のバンプＢ１を形成しもよく、導電性接着剤など他の材質からなるバンプＤ１を第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７電極パッド上部に形成してもよい。

―第３の実施の形態―
次に、本発明にかかる第３の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり、図面とともに説明する。図９は第３の実施形態を示すベース平面図である。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態に対して回避手段及びベースの形状のみが異なるものである。そのため、同様の構成は同番号を付すとともに、相違点のみを説明する。そのため、同一構成による作用効果及び変形例は、上記した第３の実施形態と同様の作用効果及び変形例を有する。

本第３の実施形態にかかるベース１は、例えばアルミナセラミック材料からなり、矩形平板形状のベース基体と、ベース基体上に積層された段差部と、中央部分が大きく穿設されるとともに外形サイズがベース基体とほぼ等しい枠体とからなり、これら各層が積層されて一体的に焼成されている。

本第３の実施形態にかかる回避手段は、ベース１の内部底面（収納部１０参照）の角部に第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７を形成するための電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２が形成されることである。これらの電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２は、ベース１の段差部に形成されている。

電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２において、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の面積が、それぞれ電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２の範囲に収まるとともに、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のうち少なくとも１つの電極パッドの面積が、他の電極パッドの面積よりも小さくなるように設定されている。本第３の実施形態では、図９に示すように、第４の電極パッド１７の面積が、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積よりも小さくなるように設定されている。また、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積は同じに設定されている。

また、第４の電極パッド１７は、当該第４の電極パッド１７が形成される電極パッド形成領域１７２内において、他の電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２から離れた位置に形成される。

上記したように、本第３の実施形態によれば、電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２が形成され、かつ、第４の電極パッド１７の面積が、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積よりも小さくなるように設定されているので、圧電振動デバイスの完成品に対して外部衝撃が加わり、水晶振動板３が撓んだとしても、第４の電極パッド１７と、ベース１との対向面側の水晶振動板３の励振電極３２とが直接接触するのを防ぐことができる。その結果、短絡（ショート）などに起因する水晶振動板３の発振停止をなくすことができる。

また、第４の電極パッド１７の面積が、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積よりも小さくなるように設定されているので、当該水晶振動板用パッケージの小型化にともなって水晶振動板３の寸法制限が加わったとしても、水晶振動板３を水晶振動板用パッケ−ジに搭載する際のズレの悪影響をなくすとともに、水晶振動板用パッケージの長辺方向、あるいは短辺方向に水晶振動板３の励振電極を拡大して形成することができるため、水晶振動板３の電気的特性をより向上させることができる信頼性の高い圧電振動デバイスとなる。

また、第４の電極パッド１７は、当該第４の電極パッド１７が形成される電極パッド形成領域１７２内において、他の電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２から離れた位置に形成されるので、水晶振動板用パッケージの小型化にともなって水晶振動板３の寸法制限が加わったとしても、水晶振動板３を当該水晶振動板３用パッケ−ジに搭載する際のズレの悪影響をなくすとともに、水晶振動板用パッケージの長辺方向、あるいは短辺方向に水晶振動板３の励振電極を拡大して形成するのに、好適である。しかしながら、図９に示す電極パッド形成領域１７２内の位置は好適な例であって、例えば、第４の電極パッド１７を、図９に示す電極パッド形成領域１７２内の位置に形成してもよい。

上記したように、本第３の実施形態では、第４の電極パッド１７の面積を、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積よりも小さくなるように設定しているが、これに限定されるものではなく、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の少なくとも１つの面積を、他の第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の面積よりも小さくなるように設定してもよい。

また、本第３の実施形態では、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積を同じに設定しているが、これに限定されるものではない。すなわち、少なくとも１つの電極パッドの面積が、他の電極パッドの面積よりも小さく設定されていれば、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の面積を異ならせてもよい。

また、本第３の実施形態では、段差部を有しているが、上記した本第１の実施形態にかかるベース１のように、ベース１がベース基体と枠体とからなってもよい。この場合、電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２は、ベース１上の任意の位置に形成される。

また、上記した本第１〜３の実施形態では、図４，６，９に示すように、平面視長方形状のベース１を用いているが、平面視正方形状のベース１を用いてもよい。

また、上記した本第１〜３の実施形態では、図１，４，５，９に示す水晶振動板３を用いているが、これに限定されるものではなく、励振電極３１，３２及び引出電極３１ａ，３２ａを任意に設定してもよい。例えば、図１０に示す水晶振動板３であってもよい。

図１０に示す水晶振動板３は、図９に示すベース１と同様の構成からなるベース１に保持されている。そして、この水晶振動板３の表面には、励振電極３１から予め設定した一端部の両端領域（図１０では、図面に示す水晶振動板３の下辺両端部）に引き出された表面側引出電極３１ａが形成されている。また、水晶振動板３の裏面には、励振電極３２から上記した一端部と対向する他端部の両端領域（図１０では、図面に示す水晶振動板３の上辺両端部）に引き出された裏面側引出電極３２ａが形成されている。そして、表面側引出電極３１ａと第３の電極パッド１６とが導電性接合材Ｄを用いて電気的に接続され、裏面側引出電極３２ａと第２の電極パッド１５とが導電性接合材Ｄを用いて電気的に接続される。また、上記した図１０に示す水晶振動板３は、図１０に示す励振電極３１，３２及び引出電極３１ａ，３２ａのパターンに限定されるものではなく、例えば、図１１，１２に示すような励振電極３１，３２及び引出電極３１ａ，３２ａのパターンであってもよい。

上記したように、水晶振動子に、図１０〜１２に示す水晶振動板３と、図１０に示すベース１とを用いることで、水晶振動板３をベース１の内部底面（収納部１０参照）に両持ちで保持する際、水晶振動板３の表裏面が逆になった状態で水晶振動板３をベース１の内部底面（収納部１０参照）に保持した場合であっても、表裏面側引出電極３１ａ、３２ａそれぞれと常に同じ位置で接続される。そして、第２，３の電極パッド１５，１６が異電位で構成される。しかも、この構成によれば、短絡（ショート）などを起こすことがない。なお、表面側引出電極３１ａと電気的に接続する電極パッドを第３の電極パッド１６から第１の電極パッド１４に可変させて水晶振動板３をベース１の内部底面（収納部１０参照）に片持ちで保持する場合であっても同様の作用効果を有する。その結果、水晶振動板３のベース１への保持に関する自由度を上げることができる。また、この場合、特に、図９，１０に示すように、電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２において、第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の面積が、それぞれ電極パッド形成領域１４２，１５２，１６２，１７２の範囲に収まるとともに、第４の電極パッド１７の面積が、第１〜３の電極パッド１４，１５，１６の面積よりも小さくなるように設定されている場合（第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７の面積の容積が非対称である場合）に、その作用効果が顕著にあらわれる。つまり、異電位に構成されるとともに容量が大きい電極パッド（例えば、図１０に示す第１，２の電極パッド１４，１５もしくは第２，３の電極パッド１５，１６）を水晶振動板３の表裏面側引出電極３１ａ，３２ａとの電気的な接続位置（接合位置）として任意に特定することで、接続が確実で生産効率を高めることができる。

また、上記した本第１〜３の実施形態では、図４，６，９に示すように、第１の電極パッド１４と第２の電極パッド１５は、異電位で印加できるように電気的に独立してベース底面の端子電極に延出されている。また、第１の電極パッド１４と第３の電極パッド１６が、同電位で印加できるように第１の接続電極１４０により共通接続されている。また、第２の電極パッド１５と第４の電極パッド１７が、同電位で印加できるように第２の接続電極１５０により共通接続されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、図１３に示すような水晶振動子を用いてもよい。この図１３に示す水晶振動子では、第１の電極パッド１４と第３の電極パッド１６は、異電位で印加できるように電気的に独立してベース底面の端子電極に延出されている。第１の電極パッド１４と第２の電極パッド１５は、同電位で印加できるように第１の接続電極１４０により共通接続してベース底面の端子電極に延出されている。また、第３の電極パッド１６と第４の電極パッド１７は、同電位で印加できるように第２の接続電極１５０により共通接続してベース底面の端子電極に延出されている。すなわち、図４，６，９に示す水晶振動子とは異なり、図１３に示す水晶振動子は、平面視矩形（長方形）状のベース１の短辺に沿った第１，２の電極パッド１４，１５及び第３，４の電極パッド１６，１７が接続される。また、この水晶振動子で用いる水晶振動板３の引出電極３１ａは、励振電極３１から水晶振動板３の一短辺両側（第１，２の電極パッド１４，１５側）に引き出され、水晶振動板３の引出電極３２ａは、励振電極３２から水晶振動板３の他短辺両側（第３，４の電極パッド１６，１７側）に引き出される。

上記したように、上記した本第１〜３の実施形態にかかる水晶振動子によれば、上記した水晶振動板用パッケージと、水晶振動板３と、が設けられ、ベース１の内部底面に水晶振動板３が保持され、かつ、ベース１の第１〜４の電極パッド１４，１５，１６，１７のいずれかと水晶振動板３の励振電極３１，３２とが電気的に接続されるので、上述の特徴的な作用効果を有する。そのため、ベース１の内部底面への水晶振動板３の保持方向を限定せずに水晶振動板３をベース１に保持させて搭載させることができる。また、励振電極３１，３２（引出電極３１ａ、３２ａも含む）のパターンが異なる複数種類の水晶振動板３（図４，５，９〜１３参照）であっても、水晶振動板用パッケージを複数種類の水晶振動板３の共通の水晶振動板用パッケージとして用いることができる。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

また、この出願は、２００４年５月２１日に日本で出願された特願２００４−１４２０８２号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

本発明は、表面実装型水晶振動子，水晶フィルタ，水晶発振器など電子機器等に用いられる表面実装型の圧電振動デバイスに適用できる。

Claims (5)

1. 表裏面に励振電極が形成された圧電振動素子を保持するベースと、当該圧電振動素子を気密封止するキャップとを有し、前記圧電振動素子を前記ベースの内部底面に保持可能とした圧電振動素子用パッケージであって、
   前記ベースの内部底面の各角部には、圧電振動素子の励振電極と電気的に接続する４つの電極パッドがそれぞれ形成され、かつ、少なくとも１つの電極パッドの面積が他の電極パッドの面積よりも小さく、
   前記ベースの内部底面の各角部には、圧電振動素子の励振電極と電気的に接続する４つの電極パッドを形成するための電極パッド形成領域となる段差部がそれぞれ設けられ、かつ、前記電極パッド形成領域に前記電極パッドがそれぞれ形成され、
   少なくとも１つの前記電極パッドの面積が他の前記電極パッドの面積よりも小さく、かつ、面積が小さい前記電極パッドは、当該電極パッドが形成される前記電極パッド形成領域内において、他の前記電極パッド形成領域から離れた位置に形成され、
   前記４つの電極パッドは、第１の電極パッド，第２の電極パッド，第３の電極パッド及び第４の電極パッドからなり、
   前記第１の電極パッドと前記第４の電極パッドとが、前記ベースの内部底面に対角配置され、
   前記第２の電極パッドと前記第３の電極パッドとが、前記ベースの内部底面に対角配置され、
   前記第１の電極パッドと前記第２の電極パッドとが、異電位で構成され、
   前記第１の電極パッドと前記第３の電極パッドとが、第１の接続電極により接続されて同電位で構成され、
   前記第２の電極パッドと前記第４の電極パッドとが、第２の接続電極により接続されて同電位で構成されたことを特徴とする圧電振動素子用パッケージ。
2. 前記電極パッド、前記前記第１，２の接続電極は、前記ベースの内部底面の中心を中心点として点対称に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子用パッケージ。
3. 前記第１の接続電極と前記第２の接続電極は、ほぼ同面積で形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動素子用パッケージ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載された圧電振動素子用パッケージと、表裏面に励振電極が形成された圧電振動素子と、が設けられ、
   前記ベースの内部底面に前記圧電振動素子が保持され、かつ、前記ベースの電極パッドと前記圧電振動素子の励振電極とが電気的に接続されたことを特徴とする圧電振動子。
5. 前記圧電振動素子の表面には、前記励振電極から予め設定した一端部の両端領域に引き出された表面側引出電極が形成され、
   前記圧電振動素子の裏面には、前記励振電極から前記一端部と対向する他端部の両端領域に引き出された裏面側引出電極が形成され、
   前記表面側引出電極と、前記電極パッドと、が電気的に接続され、
   前記裏面側引出電極と、前記表面側引出電極と接合された前記電極パッドと異電位に構成された前記電極パッドと、が電気的に接続されたことを特徴とする請求項４に記載の圧電振動子。

Images