(57)【要約】【課題】  基板上の配線パターンと圧電素子表面の励振電極との導通性が良好な安価な圧電デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板１上の配線パターン１１と圧電素子２表面の励振電極２ａとの間に導電性接着剤などの導電性部材を介在させることなく、圧電素子２を配線パターン１１上に直接実装する。基板１上の配線パターン１１と圧電素子２表面の励振電極２ａとは、溶着などの直接的接合が可能な手段により互いに機械的及び電気的に接続されている。この構成によれば、配線パターン１１と励振電極２ａとの間に介在していた導電性部材がなくなることで、その分の材料費が削減されると共に、両者間の導通性が改善される。【選択図】図１
2010028683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板と、当該基板上に形成された配線パターンと、表面に励振電極が形成された圧電素子とを備え、前記励振電極と前記配線パターンとが互いに当接した状態で前記圧電素子が前記配線パターン上に導電性部材を介さず直接実装されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記励振電極と前記配線パターンとは、互いに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電素子と前記基板との間に接着剤が介在していることを特徴とする請求項１、又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
少なくとも、
基板上に配線パターンを形成する工程と、
当該配線パターン上に励振電極を備えた圧電素子を載置する工程と、
前記配線パターンと前記励振電極とを互いに接合させる工程とを有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記基板上に液体状乃至はペースト状の導電性材料を塗布することで前記配線パターンを形成し、前記配線パターンが未硬化の状態で前記配線パターン上に前記圧電素子を載置し、前記配線パターンを硬化させることで前記配線パターンと前記励振電極とを互いに接合させることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項６】
少なくとも、
基板上に配線パターンを形成する工程と、
前記基板上に硬化収縮型の接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤が未硬化の状態で前記接着剤上に励振電極を備えた圧電素子を載置する工程と、
前記接着剤を硬化させてその硬化収縮により前記励振電極と前記配線パターンとを互いに密着させる工程とを有することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイス及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に形成された導電パターン上に導電性接着剤などの導電性部材を介して水晶片などの圧電素子が実装された圧電デバイスが知られている。（例えば、特許文献１〜３参照）
【０００３】
図６は、従来の圧電デバイスを示す図で、（ａ）上面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図である。尚、（ａ）上面図では、内部の構成を分かり易くするため、一部の構成を図示省略としてある。ここに示す従来の圧電デバイスは、平面視矩形状の凹部１ａを備えた箱型の絶縁性基板１（以下、単に基板）と、凹部１ａの内部に収納された平板状の圧電素子２と、基板１の上端部に接合された平板状の蓋部材３とで大略構成され、基板１と蓋部材３とで形成された空間内に圧電素子２が気密封止された状態となっている。
【０００４】
基板１の凹部１ａ底面の一部には、所定の落差を有する段差部１ｂが形成されており、その上面に金属などの導電性材料から成る二つの配線パターン４が敷設され、その上にＡｇ（銀）などの導電性粒子（ナノフィラー）を含有して成るＵＶ硬化型の導電性接着剤５を介して圧電素子２が片持ち状態で実装されている。
【０００５】
圧電素子２の表裏面には、圧電素子２を励振駆動させるための互いに電気的極性の異なる二つの励振電極２ａが設けられており、それらは圧電素子２の長手方向一端側の同一面（裏面）上に引回され、段差部１ｂ上の二つの配線パターン４と導電性接着剤５を介して機械的及び電気的にそれぞれ接続されている。
【０００６】
段差部１ｂ上の二つの配線パターン４は、基板１の肉厚部に設けられた図示しない貫通配線などを介して基板１の下面に形成された二つの外部接続端子６と電気的に接続されており、そこを通じて圧電素子２に対する電気信号の入出力が行われる。
【０００７】
以上の圧電デバイスにおいて、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン４との間に介在する導電性接着剤５は、圧電素子２を基板１上に固定する役割と、励振電極２ａと配線パターン４とを互いに導通させる役割を兼ねたもので、使用される材料としては導電性接着剤に限らず半田などの種々のものが適宜選択され得る。
【特許文献１】特開２００７−２６７１０１号公報
【特許文献２】特開２００７−１９５１３８号公報
【特許文献３】特開２００８−８５４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の圧電デバイスにおいては、基板上の配線パターンと圧電素子表面の励振電極とを導電性部材（導電性接着剤、半田等）を介して互いに導通させているため、その分のコスト（材料費）が掛かるという問題があり、また、配線パターンと励振電極との間に導電性部材が介在することで互いの導通性が低下し、圧電素子の電気的特性に影響を及ぼす虞がある。特に圧電デバイスが小型化すると、それに伴って導電性部材の塗布領域が制限されて導電性材料の総量が減少するため、導通性がよりいっそう低下する。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、基板上の配線パターンと圧電素子表面の励振電極との導通性が良好な安価な圧電デバイス及びその製造方法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】
【００１０】
少なくとも、基板と、当該基板上に形成された配線パターンと、表面に励振電極が形成された圧電素子とを備え、前記励振電極と前記配線パターンとが互いに当接した状態で前記圧電素子が前記配線パターン上に導電性部材を介さず直接実装圧電デバイスとする。
【００１１】
前記励振電極と前記配線パターンとは、互いに接合されている圧電デバイスとされ得る。
【００１２】
前記圧電素子と前記基板との間に接着剤が介在している圧電デバイスとされ得る。
【００１３】
少なくとも、基板上に配線パターンを形成する工程と、当該配線パターン上に励振電極を備えた圧電素子を載置する工程と、前記配線パターンと前記励振電極とを互いに接合させる工程とを有する圧電デバイスの製造方法とする。
【００１４】
前記基板上に液体状乃至はペースト状の導電性材料を塗布することで前記配線パターンを形成し、前記配線パターンが未硬化の状態で前記配線パターン上に前記圧電素子を載置し、前記配線パターンを硬化させることで前記配線パターンと前記励振電極とを互いに接合させる圧電デバイスの製造方法とされ得る。
【００１５】
少なくとも、基板上に配線パターンを形成する工程と、前記基板上に硬化収縮型の接着剤を塗布する工程と、前記接着剤が未硬化の状態で前記接着剤上に励振電極を備えた圧電素子を載置する工程と、前記接着剤を硬化させてその硬化収縮により前記励振電極と前記配線パターンとを互いに密着させる工程とを有する圧電デバイスの製造方法とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板上の配線パターンと圧電素子表面の励振電極とを導電性部材を使わずに互いに導通させることで、配線パターンと励振電極との導通性が高まると共に、導電性部材の材料費が削減されることで低コスト化が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
少なくとも、基板と、基板上に形成された配線パターンと、表面に励振電極が形成された圧電素子とを備え、励振電極と配線パターンとが互いに当接した状態で圧電素子が配線パターン上に導電性部材を介さず直接実装されている圧電デバイスである。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明による圧電デバイスの一実施形態を示す図で、（ａ）上面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図及びその要部拡大図である。尚、（ａ）上面図では、内部の構成を分かり易くするため、一部の構成を図示省略としてある。ここに示す本発明の圧電デバイスは、平面視矩形状の凹部１ａを備えた箱型の絶縁性基板１（以下、単に基板）と、凹部１ａの内部に収納された水晶などから成る平板状の圧電素子２と、基板１の上端部に接合された金属などから成る平板状の蓋部材３とで大略構成され、基板１と蓋部材３とで形成された空間内に圧電素子２が気密封止された状態となっている。
【００１９】
基板１の凹部１ａ底面の一部には、所定の落差を有する段差部１ｂが設けられており、その上面に導電性材料から成る平面視矩形状の二つの配線パターン１１が形成され、それらの上に圧電素子２が導電性接着剤などの導電性部材を介さず直接実装されている。
【００２０】
圧電素子２の表裏面には、圧電素子２を励振駆動させるための互いに電気的極性の異なる二つの励振電極２ａが形成されており、それらは圧電素子２の長手方向一端側の同一面（裏面）上に引回され、段差部１ｂ上の二つの配線パターン１１のうち各々対応する配線パターン１１と機械的に接続（接合）されると共に、その機械的結合力によって圧電素子２自体が配線パターン１１を介して基板１上に固定された状態となっている。
【００２１】
以上の構成では、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターンとの間には、従来の圧電デバイスのように両者を導通させるための導電性部材（導電性接着剤、半田等）が介在していないため、励振電極２ａと配線パターン４との導電性が向上すると共に、導電性部材自体が省略されることでその分の材料費が削減される。
【００２２】
段差部１ｂ上の二つの配線パターン１１は、基板１の肉厚部に設けられた図示しない貫通配線などを介して基板１の下面に形成された二つの外部接続端子６とそれぞれ電気的に接続されており、そこを通じて圧電素子２に対する電気信号の入出力が行われる。
【００２３】
図２は、図１に示した本発明の圧電デバイスの製造方法を示す断面図である。図１に示した本発明の圧電デバイスを製造する際には、まず、図２（ａ）に示すように、予め一主面側に平面視矩形状の凹部１ａが形成された基板１の段差部１ｂ上に、所定の粘度に調整された液体状乃至はペースト状の導電性材料を用いて、圧電素子２を実装するための二つの配線パターン１１を形成する。
【００２４】
ここで配線パターン１１を形成するに当たっては、例えば、インクジェット法が選択される。インクジェット法は、液体状乃至はペースト状の材料を吐出ノズルから液滴として高速で吐出させて対象物に付着させるもので、吐出ノズルを対象物に対して水平に移動させて吐出位置を少しずつずらしていくことで、対象物の表面に任意のパターンを精確に描画することが可能である。
【００２５】
本実施例においては、吐出材料として溶媒中に微小な導電性粒子（ナノフィラー）を混入させて成る導電性材料を用い、それを基板１の段差部１ｂ上に吐出させることで配線パターン１１を形成する。この時、予め導電性材料の粘度を適宜調整しておくことで、吐出された液滴が基板１の段差部１ｂ上に着弾した後も所定時間は固化（硬化）せず一定の粘度を保つようにしておく。尚、配線パターン１１の厚みを増加させたい場合には、この時点で所望の厚みになるまで同様の工程を繰り返して厚く堆積させる。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、未硬化状態の配線パターン１１上に圧電素子２をその表面の励振電極２ａを対応させて載置し、必要に応じて上方から適度に加圧する。この状態において圧電素子２は、配線パターン１１を構成する導電性材料の粘着力により配線パターン１１上に保持されているが、圧電素子２に位置ずれや傾きが生じる虞がある場合には、治具などで補助的に保持するようにしてもよい。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、構成部材全体を加熱又は配線パターン１１のみを局所的に加熱することで配線パターン１１を硬化させる。これにより、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１１とが機械的に強固に結合（接合）されると同時に、配線パターン１１の内部に存在する無数の導電性粒子が凝集して両者が互いに導通した状態となる。
【００２８】
以上の製造工程では、従来のように圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１１との間に導電性接着剤などの導電性部材を介在させる工程が無いため、その分生産性が向上している。
【００２９】
圧電素子２を配線パターン１１上の実装した後は、真空雰囲気中で基板１の上端部に蓋部材３を接合することで、圧電素子２が基板１と蓋部材３との接合体（パッケージ）内部に気密封止された状態となる。尚、以上の説明では、貫通配線や外部接続端子６などは、圧電素子２を配線パターン１１上に実装する前の任意の段階で予め形成されているものとしてある。
【００３０】
また、本実施例１においては、配線パターン１１自体を固化させることで圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１１とを機械的及び電気的に接続しているが、それと同等の作用及び効果がある構成として、互いの構成材料を適宜選択した上で励振電極２ａと配線パターン１１とを超音波、レーザー、紫外線、表面活性化などにより接合することが挙げられる。それら何れの場合であっても、励振電極２ａと配線パターン１１との間には導電性部材が別体として介在することはなく、従来技術の問題点を解決することが可能である。
【実施例２】
【００３１】
図３は、本発明による圧電デバイスの他の実施形態を示す図で、（ａ）上面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図及びその要部拡大図である。尚、（ａ）上面図では、内部の構成を分かり易くするため、一部の構成を図示省略としてある。ここに示す本発明の圧電デバイスは、前述の実施例１と同様の基本構成を備え、その特徴は圧電素子表面の励振電極と基板上の配線パターンとが互いに接合されていないことにある。
【００３２】
本実施例２において、基板１の段差部１ｂ上には、圧電素子２の外形領域内に収まるような比較して外形サイズの小さい平面視矩形状を成す二つの配線パターン１２が形成され、それらの周囲に配線パターン１２と接しないように絶縁性接着剤１３が四箇所にわたって塗布されている。圧電素子２は、それら絶縁性接着剤１３と接した状態で配線パターン１２上に表面の励振電極２ａを対応させて載置され、励振電極２ａと配線パターン１２とが互いに当接することで両者間の電気的接続が成されており、一方で圧電素子２と基板１との間に接着剤が介在することで、その固着力により圧電素子２が段差部１ｂ上に固定されている。ここで絶縁性接着剤１３は、硬化時に収縮する性質を備えた所謂硬化収縮型の接着剤であり、その収縮力により圧電素子２が基板１側へ引き寄せられることで、圧電素子２表面の励振電極２ａが段差部１ｂ上の配線パターン１２に密着した状態となっている。
【００３３】
以上の構成では、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１２とを導通させるために流動性のある導電性材料を使用していないことから、導電性材料が周囲に流出して隣接する導電パターン１２間が短絡するようなことはなく、また、圧電素子２を基板１に固定するに当たっては、実施例１のように粘着性のある導電性材料を接着剤として兼用するのではなく、導電性を考慮しない接着力に特化した材料を選択することができることから、圧電素子２の基板１に対する固定力を増大させることが可能であり、加えて、絶縁性接着剤は導電性接着剤よりも一般的に安価であるため、その分コストが削減される。
【００３４】
図４は、図３に示した本発明の圧電デバイスの製造方法を示す断面図である。図３に示した本発明の圧電デバイスを製造する際には、まず、図４（ａ）に示すように、予め一主面側に平面視矩形状の凹部１ａが形成された基板１の段差部１ｂ上に、速乾性が高い液体状乃至はペースト状の導電性材料をインクジェット法により吐出させ、圧電素子２を実装するための二つの配線パターン１２を形成する。この時、インクジェット法により吐出された導電性材料の液滴は、段差部１ｂの表面に着弾した直後に乾燥して固化するため、この時点で配線パターン１２は粘着性を有していない。尚、配線パターン１２の厚みを増加させたい場合には、この時点で所望の厚みになるまで同じ工程を繰り返して厚く堆積させる。また、配線パターン１２は、この時点で粘着性を有しない状態で固化してさえいればよく、その形成方法としては、インクジェット法に限らずスパッタ法なども採用され得る。
【００３５】
次に、図４（ｂ）に示すように、二つの配線パターン１２の周囲にディスペンス法やインクジェット法などを用いて、硬化収縮型で紫外線硬化型の絶縁性接着剤１３（以下、単に接着剤）を塗布する。このとき、接着剤１３は、配線パターン１２の厚みよりも適度に高く盛り上がるように、且つ接着剤１３が周囲に濡れ広がった際にも配線パターン１２と接触しない位置及び量に塗布される。接着剤１３を塗布するのにインクジェット法を用いる場合には、接着剤１３が所望の高さ（厚み）が得られるまで同様の塗布作業を繰り返して厚く堆積させる。尚、この時点で接着剤１３が配線パターン１２に接触し、その表面が接着剤１３で覆われていると、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１２との導通が阻害される虞がある。
【００３６】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電素子２をその表面の励振電極２ａを配線パターン１２に対応させた状態で接着剤１３の上に載置し、必要に応じて上方から適度に加圧する。この状態において圧電素子２は、接着剤１３の粘着力により保持されているが、圧電素子２に位置ずれや傾きが生じる虞がある場合には、治具などで補助的に保持するようにしてもよい。
【００３７】
次に、図４（ｄ）に示すように、接着剤１３に紫外線を照射して硬化させ、その硬化時の収縮により圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１２とを互いに密着させる。これにより、圧電素子２表面の励振電極２ａは、段差部１ｂ上の配線パターン１２と確実に当接して互いに導通し、その一方で圧電素子２自体は、接着剤１３により基板１に強固に固定される。
【００３８】
尚、以上の製造方法では、基板１に接着剤１３を塗布した後に圧電素子２を基板１上に載置しているが、例えば、先に圧電素子２を基板１上に載置して治具などにより保持しておき、その状態で圧電素子２の外周部と基板１との境界付近に接着剤１３を塗布したり、圧電素子２と基板１との隙間に接着剤３を浸透させるようにしてもよい。
【００３９】
また、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１２とを互いに密着させて導通の信頼性を高める意味では、使用する接着剤は硬化収縮型のものが好ましいが、両者の導通が確保される限りにおいてはそれに限定されるものではなく、また、紫外線硬化型でなく、熱硬化型などであってもよい。
【００４０】
図５は、圧電素子を実装するための配線パターンとその周囲に塗布された接着剤を示す上面図である。以上説明した実施例２の構成に関し、圧電素子２を実装するための配線パターン１２の形状と接着剤１３の塗布位置について言及すると、例えば、図５（ａ）に示すように、配線パターン１２を平面視十字状とし、その周囲の四つの空白領域に接着剤１３を塗布したり、図５（ｂ）に示すように、配線パターン１２を平面視断続的な円弧状とし、その円弧の中心に接着剤１３を塗布するようにしてもよい。
【００４１】
特に図５（ａ）に示した構成では、限られたスペースの中で配線パターン１２と接着剤１３の面積を効率的に確保することができ、また、図５（ｂ）に示した構成では、互いに隣接する配線パターン１２間に隙間が生じていることから、接着剤１３が硬化する際にガスが発生したとしても、そのガスは個片パターン間の隙間から外部へと逃がされ、配線パターン１２で囲まれた領域内に籠もることはなく、ガスの圧力で圧電素子２に位置ずれが生じるようなことはない。
【００４２】
尚、配線パターン１２の形状と接着剤１３の塗布位置との関係は、それらに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、その他種々のものが適宜選択され得る。
【００４３】
また、以上説明した実施例１、２の構成は、互いに組み合わせて実施することが可能であり、例えば、実施例１の構成において圧電素子２と段差部１ｂとの間に実施例２で示したような硬化収縮型の接着剤１３を介在させ、圧電素子２の基板１に対する固定強度と、圧電素子２表面の励振電極２ａと段差部１ｂ上の配線パターン１２との密着力を向上させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による圧電デバイスの一実施形態を示す図で、（ａ）上面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図及びその要部拡大図（実施例１）
【図２】図１に示した本発明の圧電デバイスの製造方法を示す断面図（実施例１）
【図３】本発明による圧電デバイスの他の実施形態を示す図で、（ａ）上面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図及びその要部拡大図（実施例２）
【図４】図３に示した本発明の圧電デバイスの製造方法を示す断面図（実施例２）
【図５】圧電素子を実装するための配線パターンとその周囲に塗布された接着剤を示す上面図
【図６】従来の圧電デバイスを示す図で、（ａ）上面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
【００４５】
１    基板
１ａ  凹部
１ｂ  段差部
２    圧電素子
２ａ  励振電極
３    蓋部材
４    配線パターン
５    導電性接着剤
６    外部接続端子
１１  配線パターン
１２  配線パターン
１３  絶縁性接着剤
【図１】
2010028683.tif 000003
【図２】
2010028683.tif 000004
【図３】
2010028683.tif 000005
【図４】
2010028683.tif 000006
【図５】
2010028683.tif 000007
【図６】
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