(57)【要約】【課題】  電極パッドへの導電性接合材による圧電振動素子の保持状態を安定化させる。【解決手段】  一対の電極パッドを有する矩形状のベース２、上記電極パッド上に導電性接合材を介して一端部が片持ち保持される圧電振動素子３、上記ベースを気密封止する蓋４を備えている。上記電極パッドは矩形状で、平面部とベースの長辺に沿う第１段差部と、ベースの短辺に沿う第２段差部とを有している。電極パッドのうち、互いの対向辺の全体に沿って第１段差部が形成され、ベースの他端部側の他端辺に沿って第２段差部と隙間部が形成されている。上記導電性接合材は、電極パッドの平面部と第１段差部、第２段差部、隙間部の上部に亘って形成され、上記平面部に介在する厚肉接合部分の平面視面積が、第１段差部と第２段差部に介在する薄肉接合部分の平面視面積より大きい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の一端部に一対の電極パッドが形成された平面視矩形状のベース、励振電極と当該励振電極を一端部に延出する一対の接続電極とが形成され、かつ上記ベースの一対の電極パッド上に導電性接合材を介して一端部が片持ち保持される圧電振動素子、上記ベースを気密封止する蓋、を備えており、
上記電極パッドは平面視矩形状に形成され、当該電極パッドの各辺が上記ベースの長辺方向と短辺方向に沿って形成されているとともに、平面部と当該平面部の上部に突出する一条の段差部との組み合わせにより構成されており、
上記段差部には、ベースの長辺方向に沿う第１段差部と、ベースの短辺方向に沿う第２段差部とを有しており、
上記一対の電極パッドがベースの短辺方向でお互いに対向する電極パッドの辺を対向辺、ベースの長辺方向の他端部側に位置する電極パッドの辺を他端辺と定義した場合に、上記電極パッドの対向辺の全体に沿って上記第１段差部が形成され、上記電極パッドの他端辺に沿って上記第１段差部の先端部と上記第２段差部、上記第１段差部の先端部と上記第２段差部の間に位置する隙間部が形成されており、
上記圧電振動素子と電極パッドとを接合する導電性接合材は、上記電極パッドの平面部と第１段差部、第２段差部、隙間部の上部に亘って形成され、上記圧電振動素子と上記電極パッドの平面部に介在する厚肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積が、上記圧電振動素子と上記電極パッドの第１段差部、および上記圧電振動素子と電極パッドの第２段差部に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積より大きい
ことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
上記圧電振動素子と上記電極パッドの第１段差部、および上記圧電振動素子と電極パッドの第２段差部に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積が、上記圧電振動素子と上記電極パッドの隙間部に介在する厚肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積より大きい
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。
【請求項３】
上記圧電振動素子は平板形状であり、上記圧電振動素子の長辺方向と上記第１段差部の伸長する方向とが一致し、かつ上記圧電振動素子の短辺方向と上記第２段差部の伸長する方向とが一致してなる
ことを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種電子機器等に用いられる圧電振動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動デバイスとして、例えば表面実装型の水晶振動子や水晶発振器では、各種通信機器等に広く用いられている。表面実装型の水晶振動子では、セラミックなどの絶縁性材料からなるベース（容器）に設けられた収納部の中に、水晶などからなる圧電振動素子のみが実装され、蓋で収納部を気密封止した構造となっている。表面実装型の水晶発振器では、セラミックなどの絶縁性材料からなるベースに設けられた収納部の中に、水晶などからなる圧電振動素子と集積回路素子などの電子部品素子が実装され、蓋で収納部を気密封止した構造となっている。そして、前記圧電振動素子は、ベースの収納部内に設けられた電極パッド上に導電性接合材を介して、その一端側が片持ち接合される。なお、前記電極パッドはベース内部の内部配線を経由して外底面に設けられた外部接続端子と電気的に接続されている。このように構成された表面実装型の水晶振動子や水晶発振器では、外部接続端子で外部回路基板上の搭載パッドとはんだなどの導電性接合材により電気的機械的に接合されることで外部回路基板に搭載される。
【０００３】
このような表面実装型の圧電振動デバイスの中には、特許文献１，２に開示されているように、圧電振動素子の一端部を導電性接合材により片持ち接合する場合の問題点を改善するための提案が開示されている。すなわち、電極パッドの上部に凸部を構成することで、圧電振動素子をこの凸部に接触させながら電極パッドに接合することで、圧電振動素子が傾いて搭載されることがなくなり、安定するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１３９９０１号
【特許文献２】特開２０１６−１０３７５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような圧電振動デバイスは、近年の容器の小型化の進展とともに、電極パッドの面積を確保することが難しくなってきており、同時にこのような電極パッド上部に塗布される導電性接合材の塗布量を最適に管理することが圧電振動デバイスに求められる諸特性を満足するために必要不可欠となっている。特に、小型化された圧電振動デバイスの電極パッドでは導電性接合材の塗布面積や塗布厚みのばらつきが生じやすく、導電性接合材の塗布状態のばらつきにより圧電振動素子の保持状態に対する影響も受けやすくなる。例えば、導電性接合材の塗布量が少なくなると、圧電振動素子を十分に引き上げることができずにベース側に傾いた状態で接触する虞がある。反対に、導電性接合材の塗布量が多くなると、圧電振動素子が上方に持ち上がりすぎて蓋側に傾いた状態で接触する虞がある。加えて、導電性接合材が圧電振動素子の励振電極などが形成される中央付近に向かって這い上がり接合されることで、導電性接合材に起因する応力の影響を受けやすくなることもあった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、容器の小型化に対応させながら電極パッドへの導電性接合材による圧電振動素子の保持状態を安定化させ、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するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、上面の一端部に一対の電極パッドが形成された平面視矩形状のベース、励振電極と当該励振電極を一端部に延出する一対の接続電極とが形成され、かつ上記ベースの一対の電極パッド上に導電性接合材を介して一端部が片持ち保持される圧電振動素子、上記ベースを気密封止する蓋、を備えており、上記電極パッドは平面視矩形状に形成され、当該電極パッドの各辺が上記ベースの長辺方向と短辺方向に沿って形成されているとともに、平面部と当該平面部の上部に突出する一条の段差部との組み合わせにより構成されており、上記段差部には、ベースの長辺方向に沿う第１段差部と、ベースの短辺方向に沿う第２段差部とを有しており、上記一対の電極パッドがベースの短辺方向でお互いに対向する電極パッドの辺を対向辺、ベースの長辺方向の他端部側に位置する電極パッドの辺を他端辺と定義した場合に、上記電極パッドの対向辺の全体に沿って上記第１段差部が形成され、上記電極パッドの他端辺に沿って上記第１段差部の先端部と上記第２段差部、上記第１段差部の先端部と上記第２段差部の間に位置する隙間部が形成されており、上記圧電振動素子と電極パッドとを接合する導電性接合材は、上記電極パッドの平面部と第１段差部、第２段差部、隙間部の上部に亘って形成され、上記圧電振動素子と上記電極パッドの平面部に介在する厚肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積が、上記圧電振動素子と上記電極パッドの第１段差部、および上記圧電振動素子と電極パッドの第２段差部に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積より大きいことを特徴とする。
【０００８】
上記発明によれば、平面部と第１段差部と第２段差部と隙間部とが構成された電極パッドの上部に導電性接合材を介して圧電振動素子を片持ち保持することで、ベース側あるいは蓋側に傾きすぎることなく安定して搭載することができ、かつ導電性接合材が圧電振動素子の中央付近に向かって這い上がり接合されることも抑制できる。
【０００９】
これは、ベースの長辺方向の他端部側に位置する電極パッドの他端辺に沿って形成された第２段差部を有している構成と、上記圧電振動素子と電極パッドとを接合する導電性接合材が、上記平面部に介在する厚肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積より、上記第２段差部および上記第１段差部に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積より大きい状態で形成されている構成とを組み合わせることにより、導電性接合材が一対の電極パッドの間で多少塗布面積がばらついたとしても、上記第２段差部を支点として圧電振動素子の一端部が厚肉で平面視面積の大きな導電性接合材の接合部分に引きつけられ、圧電振動素子の他端部がベースから離隔する方向に十分に持ち上げるように作用させることができる。
【００１０】
その一方で、ベースの長辺方向に沿うとともに一対の電極パッドの対向辺の全体に沿って形成された第１段差部を有している構成と、上記電極パッドの他端辺に沿って上記第１段差部の先端部と上記第２段差部が形成された構成を組み合わせることにより、圧電振動素子が多少ずれて電極パッド上部に搭載されたとしても、圧電振動素子の中心部よりの位置に第１段差部が配置され、圧電振動素子と第１段差部の間に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分は、圧電振動素子の一端部の位置と第２段差部付近の位置とで同じ厚みで形成される。このため、第２段差部を支点として圧電振動素子の一端部が厚肉で平面視面積の大きな導電性接合材の接合部分に引きつけられたとしても、第１段差部に圧電振動素子の一端部が係止されようになり、圧電振動素子の他端部が上方に持ち上がりすぎないように作用させることができる。また、一対の電極パッド間では、圧電振動素子と第１段差部の間に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分が配置されているため、お互いの対向する電極パッド間で不要な導電性接合材が這い上がることもなくなる。つまり、小型化などによりお互いの対向する電極パッド間での間隔が小さくなったとしても短絡することがない。
【００１１】
加えて、上記第１段差部の先端部と上記第２段差部の間に位置する隙間部が形成されているため、上記圧電振動素子と電極パッドとを接合する導電性接合材は、上記電極パッドの第１段差部、第２段差部の上部に不要に溜ることがなく、隙間部の方に逃がすことができる。つまり、第２段差部を支点とする圧電振動素子の持ち上げ作用や第一段差部との隙間維持による圧電振動素子の持ち上がり抑制作用のいずれも妨げることはなく、極端な傾きを生じさせず安定した状態で圧電振動素子を電極パッドに搭載することができる。また、電極パッドの第１段差部、第２段差部の上部から圧電振動素子の中央付近（ベースの長辺方向の他端部側）に向かって余剰な導電性接合材が這い上がり接合されることも抑制できる。
【００１２】
また、上記構成において、上記圧電振動素子と上記電極パッドの第１段差部、および上記圧電振動素子と電極パッドの第２段差部に介在する薄肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積が、上記圧電振動素子と上記電極パッドの隙間部に介在する厚肉の導電性接合材の接合部分の平面視面積より大きく形成されていてもよい。
【００１３】
この場合、上述の作用効果に加えて、不要な導電性接合材を逃がす隙間部の間に介在する導電性接合材の平面視面積に対して、電極パッドと圧電振動素子との接合部分の端部となり、お互いの接合強度と圧電振動素子の傾き制御に影響する接合領域に介在する導電性接合材の平面視面積を大きく形成することで、導電性接合材が不足することもなくなり、より安定した状態で圧電振動板を接合することができる。
【００１４】
また、上記構成において、さらに上記圧電振動素子は平板形状であり、上記圧電振動素子の長辺方向と上記第１段差部の伸長する方向とが一致し、かつ上記圧電振動素子の短辺方向と上記第２段差部の伸長する方向とが一致していてもよい。
【００１５】
この場合、上述の作用効果に加えて、平板形状の圧電振動素子であれば、第１段差部と第２段差部の形成位置に対応して配置しやすくなり、かつ各段差部の伸長方向と圧電振動素子の辺方向が一致することで、圧電振動素子の傾き制御をより有効に機能させることができ、より安定した保持構造が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、容器の小型化に対応させながら電極パッドへの導電性接合材による圧電振動素子の保持状態を安定化させ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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る水晶振動子の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の蓋体を封止する前の平面図である。
【図３】図２の圧電振動素子と導電性接合材とを透過させた状態の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に述べる本発明の実施形態において、圧電振動デバイスとして、例えば表面実装型の水晶振動子を例に挙げて説明する。
【００１９】
本発明の実施形態を図１乃至３を用いて説明する。水晶振動子１は略直方体状のパッケージであり、例えば、平面視略矩形で断面凹形状のベース２と平板形状の蓋４とが組み合わせられたものとなる。このようなパッケージの内部には、例えば、平板形状の水晶振動素子（圧電振動素子）３が収納された構成となっている。
【００２０】
本実施形態では、例えば水晶振動子１の平面視の外形サイズ（ベース２の平面視外形寸法）は縦横が約１．６ｍｍ（長辺）×１．２ｍｍ（短辺）のものとなっている。なお、水晶振動子１の平面視外形サイズは一例であり、前記外形サイズ以外のパッケージサイズであっても本発明は適用可能である。以下、水晶振動子１を構成する各部材の概略について詳述する。
【００２１】
ベース２はセラミック材料からなる長辺と短辺を有する平面視略矩形の基板部と枠部の積層体で構成され、上層と下層の少なくとも２層以上の積層体により収納部２ａを形成する直方体形状の容器である。ベースの長辺方向の一端部側を２Ａとし、他端部側を２Ｂとしている。
【００２２】
本実施形態では、ベース２は、ベース下層となる平板状（平面視略矩形）の基板部２０と、当該基板部２０の一主面の外周部に沿って上方に伸び外周縁と内周縁とが平面視略矩形で形成されベース中層となる枠部２１との２層構成となっている。そして、基板部２０と枠部２１とは各外周縁が平面視略同一の矩形で形成され、これらを積層することで、基板部２０の一主面による内底面と枠部２１の内周縁より内側の内部空間によるベースの収納部２ａが構成されるとともに、外部形状として、平面視略矩形で断面凹形状のベース２が構成される。
【００２３】
ベースの基板部２０の下面には外部回路基板と接続するための外部接続端子ＧＴが形成されている。これらの外部接続端子ＧＴは、図示しない導通経路を介して後述する電極パッドに延出されている。
【００２４】
ベースの基板部２０の上面（収納部２ａの内底面）で、ベースの長辺方向の一端側２Ａには、図２に示すように、後述する圧電振動素子３と接続される一対の電極パッドＨ１，Ｈ２が並んで形成されている。電極パッドＨ１，Ｈ２は平面視矩形状に形成され、当該電極パッドの各辺がベースの長辺方向と短辺方向に沿って形成されている。また、電極パッドＨ１，Ｈ２は、平面部Ｈ１１，Ｈ２１と当該平面部の上部に突出する一条の段差部Ｈ１２，Ｈ２２との組み合わせにより構成されており、段差部Ｈ１２，Ｈ２２には、ベースの長辺方向に沿う第１段差部Ｈ１２１，Ｈ２２１と、ベースの短辺方向に沿う第２段差部Ｈ１２２，Ｈ２２２とを有している。
【００２５】
一対の電極パッド（電極パッドＨ１と電極パッドＨ２）がベースの短辺方向でお互いに対向する電極パッドの辺を対向辺Ｈ１３，Ｈ２３、ベースの長辺方向の他端部側に位置する電極パッドの辺を他端辺Ｈ１４，Ｈ２４と定義する。
【００２６】
この際、電極パッドＨ１の対向辺Ｈ１３の全体に沿って第１段差部Ｈ１２１が形成され、電極パッドＨ２の対向辺Ｈ２３の全体に沿って第１段差部Ｈ２２１が形成されている。
【００２７】
また、電極パッドＨ１の他端辺Ｈ１４に沿って第１段差部Ｈ１２１の先端部と第２段差部Ｈ１２２、第１段差部Ｈ１２１の先端部と上記第２段差部Ｈ１２２の間に位置する隙間部Ｈ１５が形成され、電極パッドＨ２の他端辺Ｈ２４に沿って第１段差部Ｈ２２１の先端部と第２段差部Ｈ２２２、第１段差部Ｈ２２１の先端部と上記第２段差部Ｈ２２２の間に位置する隙間部Ｈ２５が形成されている。
【００２８】
ベースの枠部２１の上面には、後述する蓋４を接合するための図示しない封止部が形成されている。本形態では封止部をメタライズにより構成しており、この封止部と後述する蓋４とは金属ろう材４１など接合材によって接合される。
【００２９】
以上のように構成された基板部２０と枠部２１の各々は、セラミックグリーンシート（アルミナ）となっている。外部接続端子ＧＴ、電極パッドＨ、封止部の各々は、タングステンあるいはモリブデン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された導電材料からなる構成である。これら２つのシートが積層された状態で焼成によって一体成形されることで、ベース２を構成している。なお、これらの各シート（基板部のシート・枠部のシート）については、積層間の内部配線の延出形態に応じて単層だけでなく複数層に分けて形成してもよい。
【００３０】
収納部２ａの電極パッドＨの上部には所定の間隔を持って水晶振動素子３が搭載される。水晶振動素子３は例えば矩形状（平板形状）のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面には一対の励振電極３１，３２が形成され、これらの励振電極を水晶振動素子の一端部側３Ａへ延出する一対の接続電極３３，３４が形成されている。これらの電極は、例えば、クロムまたはニッケルの下地電極層と、銀または金の中間電極層と、クロムまたはニッケルの上部電極層とから構成された３層の積層薄膜、またはクロムやニッケルの下地電極層と、銀または金の上部電極層とから構成された２層の積層薄膜である。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。
【００３１】
水晶振動素子３とベース２との接合は、例えばペースト状であり銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系の導電樹脂接着剤（導電性接合材）Ｓを用いている。水晶振動素子３と電極パッドＨ１，Ｈ２とを接合する導電性樹脂接着剤Ｓは、電極パッドの平面部Ｈ１１，Ｈ２１と第１段差部Ｈ１２１，Ｈ２２１、第２段差部Ｈ１２２，Ｈ２２２、隙間部Ｈ１５，Ｈ２５の上部に亘って塗布形成されるとともに、導電性樹脂接着剤Ｓを水晶振動素子３と電極パッドＨ１，Ｈ２の間に介在させ硬化させることで、お互いを電気的機械的に接合している。
【００３２】
この時、水晶振動素子３と電極パッドの平面部Ｈ１１，Ｈ２１に介在する導電性樹脂接着剤Ｓの接合部分Ｓ１の平面視面積が、水晶振動素子３と電極パッドの第１段差部Ｈ１２１，Ｈ２２１、および水晶振動素子３と電極パッドの第２段差部Ｈ１２２，Ｈ２２２に介在する導電性接合材Ｓの接合部分Ｓ２の平面視面積より大きくなるように構成されている。
【００３３】
加えて、水晶振動素子３と電極パッドの第１段差部Ｈ１２１，Ｈ２２１、および水晶振動素子３と電極パッドの第２段差部Ｈ１２２，Ｈ２２２に介在する導電性接合材Ｓの接合部分Ｓ２の平面視面積が、水晶振動素子３と電極パッドの隙間部Ｈ１５，Ｈ２５に介在する導電性接合材Ｓの接合部分Ｓ３の平面視面積より大きくなるように構成されている。
【００３４】
なお、水晶振動素子３と電極パッドの平面部Ｈ１１，Ｈ２１、および水晶振動素子３と電極パッドの隙間部Ｈ１５，Ｈ２５に介在する導電性樹脂接着剤Ｓは厚肉接合部分として構成され、水晶振動素子３と電極パッドの第１段差部Ｈ１２１，Ｈ２２１、および水晶振動素子３と電極パッドの第２段差部Ｈ１２２，Ｈ２２２に介在する導電性接合材Ｓは薄肉の接合部分として構成されている。
【００３５】
以上により、水晶振動素子３の他端部３Ｂをベースの収納部２ａの底面から隙間を設けながら、水晶振動素子３の対向する一端部３Ａをベースの電極パッドＨに接合して、片持ち保持される。この時、水晶振動素子３の長辺方向と短辺方向がベース２の長辺方向と短辺方向に沿って配置保持されている。つまり、水晶振動素子３の長辺方向と第１段差部Ｈ１２１，Ｈ２２１の伸長する方向とが一致し、かつ水晶振動素子３の短辺方向と第２段差部Ｈ１２２，Ｈ２２２の伸長する方向とが一致している。なお、本形態では、シリコーン系の導電樹脂接着剤により接合した構成を例にしているが、この導電性接合材として他の導電性樹脂接着剤（や金属バンプ、金属メッキバンプなどのバンプ材料、ろう材）を用いてもよい。
【００３６】
ベース２を気密封止する蓋４は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材（封止材）が形成された構成である。この金属ろう材からなる接合材４１がベース２の封止部と接合される構成となる。金属製の蓋４の平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。
【００３７】
収納部２ａに水晶振動素子３が格納されたベース２の封止部に対して金属製の蓋４にて被覆し、金属製の蓋４の接合材４１とベースの封止部を溶融硬化させ、気密封止を行うことで表面実装型の水晶振動子１の完成となる。
【００３８】
このように構成された表面実装型の水晶振動子１は、図示しない回路基板の配線パターンに対してはんだなどの接合材を用いて接合される。
【００３９】
なお、上記した本実施例では、圧電振動素子として平板形状のＡＴカット水晶振動板を用いているが、これに限定されるものでなく、円盤形状や小判形状のものを用いてもよく、音叉型水晶振動片であってもよい。また、圧電振動素子として水晶を材料としているが、これに限定されるものではなく、圧電セラミックスやＬｉＮｂＯ3等の圧電単結晶材料を用いてもよい。すなわち、任意の圧電振動素子が適用可能である。
【００４０】
また、上述した本発明の圧電振動デバイスのパッケージとして断面凹形状のベース２と平板形状の蓋４とが組み合わせられたものを例にしているが、平板形状のベースと断面逆凹形状の蓋とが組み合わせられたものにも適用できる。また、断面Ｈ型形状のベースにも適用できる。
【００４１】
また、本実施例では、金属ろう材による封止を例にしたが、これに限定されるものではなく、シーム封止、ビーム封止（例えば、レーザビーム、電子ビーム）やガラス封止等でも適用することができる。
【００４２】
また、上述した本発明の実施形態では圧電振動デバイスとして水晶振動子（圧電振動子）を例にしているが、サーミスタなどの温度センサを付き水晶振動子（圧電振動子）であってもよく、ＩＣなどを有する水晶発振器（圧電発振器）にも本発明は適用可能である。
【００４３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１    水晶振動子（圧電振動デバイス）
２    ベース
３    水晶振動素子（圧電振動素子）
４    蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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