(57)【要約】【課題】  導電性接着剤だけで圧電片を強固に接着できる圧電デバイスを提供する。【解決手段】    圧電デバイス（１００）は、第１面（１２６ｂ）と第２面（１２６ａ）とを有するセラミック基板（１２０）と、第１面（１２６ｂ）から第２面（１２６ａ）へ導通する導通配線と、第１面（１２６ｂ）に形成され導通配線（１２８）と電気的に接続する配線を含む搭載パッド（１２４a、１２４ｂ）とを備える。また圧電デバイスは、セラミック基板の第１面に接するとともに搭載パッドに接する導電性接着剤（ＥＢ）と、導電性接着剤（ＥＢ）によって固定される圧電片（１３０）と、を備える。【選択図】  図３
2020150398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面とを有するセラミック基板と、
前記第１面から前記第２面へ導通する導通配線と、
前記第１面に形成され、前記導通配線と電気的に接続する配線を含む搭載パッドと、
前記セラミック基板の前記第１面に接するとともに前記搭載パッドに接する導電性接着剤と、
前記導電性接着剤によって固定される圧電片と、
を有する圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記セラミック基板は短辺と長辺とを有する長方形であり、
前記長辺方向において、前記搭載パッドの中心位置は、前記導電性接着剤の中心位置よりも前記セラミック基板の中心側である請求項１に記載の圧電振動デバイス。
【請求項３】
前記圧電片は短辺と長辺とを有する長方形であり、
前記圧電片の前記搭載パッド側の短辺の高さが低く、他方の短辺の高さが高くなるように配置されている請求項１に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、水晶片等の圧電片を有する圧電デバイスに関し、特に導電性接着剤を使って圧電片を接着する圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスは、その内部に導電性接着剤を介して水晶片等を含む圧電片の一端を固定している。圧電片の他端は、固定されておらず自由端であり、いわゆる片持ち状態である。圧電デバイスに衝撃が加わると、自由端である他端は上下に大きく揺れてしまい、他端がパッケージの内底面に衝突してしまう場合がある。
【０００３】
このため、特許文献１に開示される圧電デバイスは、圧電片の搭載パッドには、パッケージの中央側に寄るようにバンプが搭載パッドに設けられている構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０７０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で開示される圧電デバイスは、パンプを作成する工程があり、作業の手間とコスト高を招く問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、導電性接着剤だけで圧電片を強固に接着できる圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の圧電デバイスは、第１面と第２面とを有するセラミック基板と、第１面から第２面へ導通する導通配線と、第１面に形成され導通配線と電気的に接続する配線を含む搭載パッドとを備える。また圧電デバイスは、セラミック基板の第１面に接するとともに搭載パッドに接する導電性接着剤と、導電性接着剤によって固定される圧電片と、を備える。
【０００８】
セラミック基板は短辺と長辺とを有する長方形であり、長辺方向において、搭載パッドの中心位置は、導電性接着剤の中心位置よりもセラミック基板の中心側であることが好ましい。また圧電片は短辺と長辺とを有する長方形であり、圧電片の搭載パッド側の短辺の高さが低く、他方の短辺の高さが高くなるように配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の圧電デバイスは、導電性接着剤で圧電片を強固に接着することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイス１００の斜視図である。  （ｂ）は、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０を取り外した斜視図である。
【図２】（ａ）は、第１パッケージ１２０の断面図である。  （ｂ）は、第１パッケージ１２０を取り外した平面図である。
【図３】（ａ）は、圧電デバイス１００の断面図である。  （ｂ）は、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０を取り外した平面図である。
【図４】圧電デバイス２００の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また各図は、配線又は搭載パッド等は、理解を助けるため実際よりも厚く描かれている。
【００１２】
本実施形態では、圧電デバイス１００においては圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ軸方向、Ｘ及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。以下、第１実施形態から第２実施形態において同様である。圧電片１３０には例えばＡＴカットの水晶板が用いられる。
【００１３】
（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１（ａ）は、圧電デバイス１００の斜視図である。圧電デバイス１００は、主に、アルミナ等のセラミック等からなる第１パッケージ１２０と、第１パッケージ１２０内に搭載される圧電片１３０（図１（ｂ）を参照）と、圧電片１３０を第１パッケージ１２０内に密封する平板キャップ１１０と、により構成されている。平板キャップ１１０は、第１パッケージ１２０に接合される。圧電デバイス１００の外形は略直方体形状に形成されている。圧電デバイス１００は、表面実装型の圧電デバイスであり、実装端子１２５がプリント基板等（不図示）にハンダで固定される。平板キャップ１１０は、コバール等の金属からなる平面板である。平板キャップ１１０は、第１パッケージ１２０の＋Ｙ軸側の面に形成されている接合面１２２に例えば金錫等のロー材により接合され、第１パッケージ１２０のキャビティ１２１を密封する。
【００１４】
図１（ｂ）は、平板キャップ１１０が取り外された圧電デバイス１００の斜視図である。第１パッケージ１２０は例えばセラミックにより形成され、第１パッケージ１２０の内部には圧電片１３０を搭載するための空間であるキャビティ１２１が形成されている。第１パッケージ１２０の＋Ｙ軸側の面のキャビティ１２１の周囲には、平板キャップ１１０に接合される接合面１２２が形成されている。また、第１パッケージ１２０の−Ｙ軸側の面である実装面１２６ａには、実装端子１２５が形成されている。
【００１５】
圧電片１３０は、Ｙ軸方向からみて短辺（Ｚ軸方向）と長辺（Ｘ軸方向）とを有する長方形状である。圧電片１３０は両主面に励振電極１３１（１３１ａ，１３１ｂ）が形成されており、圧電片１３０の−Ｘ軸側の辺の両端に励振電極１３１（１３１ａ，１３１ｂ）から引出電極１３３が引き出されている。圧電片１３０の＋Ｙ軸側の面に形成される励振電極１３１ｂは圧電片１３０の−Ｘ軸側の辺の−Ｚ軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。また、圧電片１３０の−Ｙ軸側の面に形成される励振電極１３１ａ（図３（ａ）を参照）は圧電片１３０の−Ｘ軸側の辺の＋Ｚ軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。
【００１６】
＋Ｙ軸側の励振電極１３１ａ及び引出電極１３３ａは一体に形成されている。また、−Ｙ軸側の励振電極１３１ｂ及び引出電極１３３ｂとは一体に形成される構造となっている。  励振電極１３１ａ，１３１ｂ、引出電極１３３ａ，１３３ｂ、は、例えば圧電片１３０にクロム（Ｃｒ）層が形成され、クロム層の上に金（Ａｕ）層が形成された構造である。
【００１７】
＜第１パッケージ＞
図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａで示された位置における、第１パッケージ１２０の断面図である。図２（ａ）は、第１パッケージ１２０に導電性接着剤ＥＢが塗布された状態で、圧電片１３０が搭載される前の状態である。図２（ｂ）は、第１パッケージ１２０の平面図であり、第１パッケージ１２０に導電性接着剤ＥＢが塗布された状態で、圧電片１３０が搭載される前の状態の平面図である。
【００１８】
第１パッケージ１２０は、例えばアルミナセラミックス等により形成されており、図２（ａ）に示されるように、第１パッケージ１２０は２つの層により形成されている。第１層１２０ａは平面状に形成されている。また、第１層１２０ａの−Ｙ軸側の面は実装面１２６ａであり、実装端子１２５が形成される。第１層１２０ａの＋Ｙ軸側には環状の第２層１２０ｂが配置される。そして環状の中央部はキャビティ１２１を形成する空間が形成されている。また、第２層１２０ｂの＋Ｙ軸側の面には接合面１２２が形成されている。接合面１２２は、第１パッケージ１２０と平板キャップ１１０とが接合される面である。
【００１９】
図２（ａ）に示されるように、第１パッケージ１２０の実装面１２６ａ（−Ｙ軸側の面）に、実装端子１２５が形成される。実装面１２６ａの反対側の面である底面１２６ｂ（＋Ｙ軸側の面）に接続配線１２４ｃ、１２４ｄ（図２（ｂ）を参照）が配置されている。そして搭載パッド１２４ａ，１２４ｂが接続配線１２４ｃ、１２４ｄに電気的に接続されている。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの幅Ｗ２は、接続配線１２４ｃ、１２４ｄの幅Ｗ１（Ｚ軸方向）よりも大きく形成されている。また搭載パッド１２４ａ，１２４ｂは長さＬ２（Ｘ軸方向）で形成されている。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの幅Ｗ２及び長さＬ２は、後述する塗布された導電性接着剤ＥＢの直径（ＲＥ＊２）よりも短いことが好ましい。また搭載パッド１２４ａ，１２４ｂは、幅Ｗ２を狭くして、接続配線１２４ｃ、１２４ｄの幅Ｗ１と同じにし、接続配線１２４ｃ、１２４ｄの一部としてもよい。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの平面視の形状は矩形形状であるが、この形状に限られず半円形状又は半楕円形状等でも良い。
【００２０】
図２（ｂ）に示されるように、第１パッケージ１２０には、外壁の四隅から凹んだキャスタレーション１２７ａ、及び第１パッケージ１２０の短辺側の外壁の中央から内側に凹んだキャスタレーション１２７ｂが形成されている。キャスタレーション１２７ｂには、底面１２６ｂから実装面１２６ａへと導通する導通配線１２８が配置されている。この導通配線１２８を介して、接続配線１２４ｃ、１２４ｄはそれぞれ実装端子１２５に電気的に接続されている。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂ及び接続配線１２４ｃ、１２４ｄは、例えばタングステン（Ｗ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）等で形成され、その上に形成されるニッケル層及び金層により構成される。搭載パッド１２４ａ，１２４ｂ及び接続配線１２４ｃ、１２４ｄの厚さは、５μｍから２０μｍである。なお、第１実施形態では、接続配線１２４と実装端子１２５とを、キャスタレーション１２７ｂに形成された導通配線１２８で接続する例を採用したが、キャスタレーションを設けずに第１層１２０ａを貫通する導通配線（ビア配線又は貫通電極）によって行う等、他の接続構造で接続しても良い。
【００２１】
圧電デバイス１００（第１パッケージ１２０）は、ハンダでプリント基板等に実装される。この溶けたハンダは、第１パッケージ１２０の側面に形成される導通配線１２８にも付着する。導通配線１２８に付着したハンダの付き具合で、圧電デバイス１００とプリント基板との接合状態を確認することができる。
【００２２】
＜圧電片と第１パッケージとの接合＞
圧電片１３０と第１パッケージ１２０との接合において、適正量の導電性接着剤ＥＢが塗布される。導電性接着剤ＥＢは、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機バインダーに、金、銀又は銅等の導電フィラーを混ぜたものである。導電性接着剤ＥＢは、ある程度の粘性を有しており、塗布された後、半球状の状態を維持する。
【００２３】
図２（ａ）及び（ｂ）の示されるように、Ｘ軸方向において、導電性接着剤ＥＢの塗布された中央位置（ＰＢ＝長さＬ２の１／２）は、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの中央位置（ＰＡ）よりも−Ｘ軸側である。別言すれば、導電性接着剤ＥＢの塗布された中央位置ＰＢは、搭載パッドの中央位置ＰＢよりも、セラミック基板の端部側である。また適正量の導電性接着剤ＥＢが塗布されると、その導電性接着剤ＥＢは半径ＲＥとなる。導電性接着剤ＥＢの中央位置（ＰＡ）が、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの中央位置（ＰＡ）よりも−Ｘ軸側であるため、導電性接着剤ＥＢは、第１パッケージ１２０の底面１２６ｂと搭載パッド１２４ａ，１２４ｂとに塗布されることになる。また、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの幅Ｗ２は、導電性接着剤ＥＢの直径（ＲＥ＊２）よりも狭い。このため、導電性接着剤ＥＢは、第１パッケージ１２０の底面１２６ｂと搭載パッド１２４ａ，１２４ｂとに塗布されることになる。つまり導電性接着剤ＥＢは、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂの−Ｘ軸方向の底面１２６ｂと±Ｚ軸方向の底面１２６ｂとにも広がっている。
【００２４】
導電性接着剤ＥＢの有機バインダーは、搭載パッド１２４ａ，１２４ｂのニッケル層及び金層との接着力よりも、第１パッケージ１２０の底面１２６ｂであるアルミナ等のセラミック等との接着力が強い。このため導電性接着剤ＥＢが、圧電片１３０をより強固に接着できる。なお、圧電片１３０が導電性接着剤ＥＢに配置される際に、上から（＋Ｙ軸方向から）下に押されるので、導電性接着剤ＥＢは塗布された状態よりも直径が広がる。図２（ｂ）の導電性接着剤ＥＢの周囲の点線は、導電性接着剤ＥＢが広がった状態を示している。
【００２５】
図３（ａ）は、圧電デバイス１００の断面図であり、図３（ｂ）に示されたＡ−Ａ断面の断面図である。図３（ｂ）は、圧電デバイス１００から平板キャップ１１０を取り外した平面図である。
【００２６】
圧電片１３０の引出電極１３３ａ，１３３ｂが導電性接着剤ＥＢの位置に合うように位置決めされる。そして、圧電片１３０が、不図示の搭載装置で−Ｙ軸方向に押圧されて、圧電片１３０が搭載パッド１２４ａ，１２４ｂに搭載される。その際に、圧電片１３０の引出電極１３３ａ，１３３ｂによって、導電性接着剤ＥＢが押しつぶされて広がる。また、圧電片１３０の引出電極１３３ａ，１３３ｂが搭載パッド１２４ａ，１２４ｂのーＸ軸側の端部１２４ｂｐに当接又は支持されるようになる（搭載パッド１２４ａの端部は不図示）。−Ｘ軸側に搭載パッドがなく搭載装置で押されるため、図３（ａ）で示されるように、圧電片１３０の−Ｘ側の短辺が低くなり、圧電片１３０の＋Ｘ側の短辺が＋Ｙ軸方向に持ち上がり高くなる。
【００２７】
（第２実施形態）
＜第２パッケージ＞
第２実施形態の圧電デバイス２００は、第１実施形態の圧電デバイス１００とパッケージ及び平板キャップが異なり、圧電片は同じである。図４は、圧電片１３０が搭載された圧電デバイス２００の断面図である。第２実施形態では、圧電デバイス１００とその構成が同じ部分は圧電デバイス１００と同じ符号を付している。同じ構成についてはその説明を割愛する。
【００２８】
圧電デバイス２００は、凹部２１１を有する金属製のキャップ２１０と、セラミック製の第２パッケージ２２０と、圧電片１３０とにより構成されている。圧電デバイス２００は、プリント基板等に実装される表面実装型の圧電デバイスである。
【００２９】
圧電デバイス２００では、セラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の底面２２６ｂに圧電片１３０が搭載される。さらに圧電片１３０を密封するように金属製のキャップ２１０がセラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の底面２２６ｂに搭載される。セラミック製の第２パッケージ２２０と金属製のキャップ２１０とが、接合剤である共晶合金ＥＡを介して接合される。共晶金属ＥＡは、後述するフランジ面又は接合金属膜の少なくとも一方に設けられるものである。
【００３０】
金属製のキャップ２１０は、不図示の金型でプレスされて＋Ｙ軸方向に凹んだ凹部２１２を有する箱型形状に形成されている。また、金属製のキャップ２１０は、凹部２１１を囲む４枚の壁板２１２と、各壁板２１２の＋Ｙ軸側の辺に接合されている天井板２１３と、各壁板２１２の−Ｙ軸側の辺に、壁板２１２から外側に折れ曲がるように環状に形成されるフランジ部２１４と、により構成されている。なお特に図示しないが、金属製のキャップに代えてセラミック製のキャップであってもよい。
【００３１】
セラミック製の第２パッケージ２２０は、平面視で矩形形状であり、上下の主面を有する平板２２６を有する。一対の搭載パッド２２４ａ（不図示），２２４ｂ及び接続配線２２４ｄが、セラミック製の平板２２６の底面２２６ｂに形成されている。搭載パッド２２４ｂ及び接続配線２２４ｄは、例えばタングステン（Ｗ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）等で形成され、その上に形成されるニッケル層及び金層により構成される。搭載パッド２２４ａ，２２４ｂは、導電性接着剤ＥＢを介して圧電片１３０を電気的に接続する。また、４つの実装端子２２５が、セラミック製の第２パッケージ２２０の−Ｙ軸側の面に形成される。Ｙ軸方向に底面２２６ｂから実装面２２６ａに貫通する貫通電極２２８（図４参照）がセラミック製の平板２２６に形成されている。搭載パッド２２４ａは、導通配線である貫通電極２２８（不図示）を介して実装面２２６ｂの実装端子２２５に電気的に接続される。また、搭載パッド２２４ｂは、配線電極２２４ｄ及び貫通電極２２８（不図示）を介して実装端子２２５に電気的に接続される。実装端子２２５は、第２実施形態では４つ形成されている。４つのうちの１つの実装端子２２５はアース端子であってもよい。圧電デバイス２００は、実装端子２２５にハンダなどで、プリント基板などに実装される。
【００３２】
また、セラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の面に形成される電極の全体を囲むように、外周側に枠状の接合金属膜２２７が、平板２２６の＋Ｙ軸側の面に形成されている。この枠状の接合金属膜２２７はフランジ部２２４と対向し、共晶金属ＥＡで金属膜２２７とフランジ部２２４とが接合する。枠状の接合金属膜２２７は、底面２２６ｂの外周端から所定幅で形成されている。枠状の接合金属膜２２７の外周端は平板２２６の外周端の位置と一致してもよい。搭載パッド２２４ａ，２２４ｂ、配線電極２２４ｄ及び枠状の接合金属膜２２７は、スクリーン印刷等で同時に形成されることが好ましい。接合時の接合金属膜２２７の厚み（Ｙ軸方向）は１０μｍから２５μｍ前後である。
【００３３】
また、圧電片１３０の引出電極１３３ａ，１３３ｂが搭載パッド２２４ａ，２２４ｂのーＸ軸側の端部２２４ｂｐに当接又は支持されるようになる（搭載パッド２２４ａの端部は不図示）。−Ｘ軸側に搭載パッドがないため、不図示の搭載装置で圧電片１３０が−Ｙ軸方向に押されると、図４で示されるように、圧電片１３０の＋Ｘ側の先端が＋Ｙ軸方向に持ちあがる。
【００３４】
導電性接着剤ＥＢは、搭載パッド２２４ａ，２２４ｂのニッケル層及び金層との接着力よりも、第２パッケージ２２０の底面２２６ｂであるアルミナ等のセラミック等との接着力が強い。このため導電性接着剤ＥＢが、圧電片１３０をより強固に接着できる。
【００３５】
その後、金属製のキャップ２１０がセラミック製の第２パッケージ２２０の＋Ｙ軸側の底面２２６ｂに搭載され、セラミック製の第２パッケージ２２０と金属製のキャップ２１０とが、接合剤である共晶合金ＥＡを介して接合される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上、最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、実施形態の圧電片１３０はＡＴカットの水晶板を用いたが、ＳＣカット、ＢＴカット等の他のカット水晶片であっても良い。さらに圧電片はベベル加工された水晶片であっても良い。また実施形態では、励振部が平板上の圧電片１３０を開示したが、凸形状のメサ型振動片又は凹形状の逆メサ型振動片にも適用できる。また実施形態は、水晶振動子以外にも、発振回路を組み込んだＩＣなどをベース部上に配置させた水晶発振子にも適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１００，２００  …  圧電デバイス
１１０，２１０  …  キャップ
１２０，２２０  …  パッケージ
１２１，２１１  …  キャビティ  
１２２  …  接合面
１２４ａ，１２４ｂ，２２４ｂ…  搭載パッド
１２４ｃ，１２４ｄ，２２４ｄ  …  接続配線
１２５、２２５  …  実装端子
１２６ａ，２２６ａ  …  実装面
１２６ｂ，２２６ｂ  …  底面
１２７ａ，１２７ｂ  …  キャスタレーション
１３０  …  圧電片
１３１ａ，１３１ｂ  …  励振電極
１３３ａ，１３３ｂ  …  引出電極
ＥＢ  …  導電性接着剤
ＥＡ  …  共晶合金
ＰＡ  …  搭載パッドの中央位置（Ｘ軸方向）
ＰＢ  …  導電性接着剤の塗布された中央位置（Ｘ軸方向）
【図１】
2020150398.tif 000003
【図２】
2020150398.tif 000004
【図３】
2020150398.tif 000005
【図４】
2020150398.tif 000006