(57)【要約】【課題】  圧電素子の自由端が導電性接着剤の硬化時の収縮によって蓋部材に接触することを防止する。【解決手段】  二つの第一の支持バンプ４１は、素子搭載部材３０上にかつ二つの素子用パッド３３にそれぞれ設けられ、二つの素子用パッド３３よりも自由端２４側で水晶振動素子２０を支持する。一つの第二の支持バンプ４２は、素子搭載部材３０上に設けられ、第一の支持バンプ４１よりも固定端２３側で水晶振動素子２０を支持する。【選択図】  図１
2014192544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶片及びこの水晶片の一端にまで引き出された二つの電極を有する圧電素子と、
この圧電素子を搭載する素子搭載部材と、
前記圧電素子を収容する凹部空間を前記素子搭載部材とともに形成する蓋部材と、
前記素子搭載部材上に設けられ、前記二つの電極にそれぞれ導電性接着剤を介して電気的及び機械的に接続することにより、前記圧電素子の前記一端及び他端がそれぞれ固定端及び自由端となるように当該圧電素子を片持ちにて固定する二つのパッドと、
前記素子搭載部材上にかつ前記二つのパッドにそれぞれ設けられ、当該二つのパッドよりも前記自由端側で前記圧電素子を支持する二つの第一の支持バンプと、
前記素子搭載部材上に設けられ、前記第一の支持バンプよりも前記固定端側で前記圧電素子を支持する第二の支持バンプと、
を備えた圧電デバイス。
【請求項２】
前記第二の支持バンプは、前記二つの第一の支持バンプ間の内側にそれぞれ別々に、かつ当該第一の支持バンプに隣接した状態で設けられた第一の支持片を有する、
請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記第二の支持バンプは、前記二つの第一の支持バンプ間の外側にそれぞれ別々に、かつ当該第一の支持バンプに隣接した状態で設けられた第二の支持片を有する、
請求項１又は２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記圧電素子は、前記導電性接着剤が接触する前記固定端側に形成された、切欠き部を有する、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の圧電デバイスの一例を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００３】
従来の圧電デバイス９０は、圧電素子９１、素子搭載部材９２、蓋部材９３、パッド９４、支持バンプ９５などを備える（例えば特許文献１参照）。パッド９４及び支持バンプ９５は素子搭載部材９２上に設けられている。圧電素子９１は、パッド９４に導電性接着剤９６を介して電気的及び機械的に接続されることにより、素子搭載部材９２に片持ちにて固定される。導電性接着剤９６は例えば銀ペーストである。圧電素子９１の両端のうち、パッド９４側が固定端９１１であり、残りが自由端９１２である。支持バンプ９５は、パッド９４の自由端９１２側で、圧電素子９１を支持することにより、素子搭載部材９２からの圧電素子９１の高さを一定に確保している。なお、圧電素子９１の電極などは図示を省略している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８７７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の圧電デバイス９０には次のような問題があった。
【０００６】
導電性接着剤９６が硬化する際に、導電性接着剤９６が収縮することにより、支持バンプ９５を支点に圧電素子９１の自由端９１２が浮き上がって蓋部材９３に接触する場合があった（仮想線９７）。その結果として、圧電デバイス９０の周波数安定度に悪影響を及ぼしていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、導電性接着剤の硬化時の収縮によって圧電素子の自由端が蓋部材に接触することを防止し得る、圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧電デバイスは、
水晶片及びこの水晶片の一端にまで引き出された二つの電極を有する圧電素子と、
この圧電素子を搭載する素子搭載部材と、
前記圧電素子を収容する凹部空間を前記素子搭載部材とともに形成する蓋部材と、
前記素子搭載部材上に設けられ、前記二つの電極にそれぞれ導電性接着剤を介して電気的及び機械的に接続することにより、前記圧電素子の前記一端及び他端がそれぞれ固定端及び自由端となるように当該圧電素子を片持ちにて固定する二つのパッドと、
前記素子搭載部材上にかつ前記二つのパッドにそれぞれ設けられ、当該二つのパッドよりも前記自由端側で前記圧電素子を支持する二つの第一の支持バンプと、
前記素子搭載部材上に設けられ、前記第一の支持バンプよりも前記固定端側で前記圧電素子を支持する第二の支持バンプと、
を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る圧電デバイスによれば、第一の支持バンプがパッドよりも圧電素子の自由端側で圧電素子を支持することに加え、第二の支持バンプが第一の支持バンプよりも圧電素子の固定端側で圧電素子を支持することにより、導電性接着剤の硬化時の収縮によって第一の支持バンプを支点に圧電素子の自由端を持ち上げようとする力が働いても、この力を第二の支持バンプで抑えるので、圧電素子の自由端が蓋部材に接触することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の水晶デバイスを示す分解斜視図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】図３［１］は実施形態１における素子搭載部材の一方の主面を示す平面図であり、図３［２］〜［４］はその変形例を示す平面図である。
【図４】図４［１］は実施形態２の水晶デバイスの一部を示す平面図であり、図４［２］は実施形態３の水晶デバイスの一部を示す平面図である。
【図５】図５［１］は実施形態４の水晶デバイスの一部を示す平面図であり、図５［２］［３］はその変形例を示す平面図である。
【図６】従来の水晶デバイスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１２】
各実施形態では、特許請求の範囲における「圧電デバイス」「圧電素子」、「圧電片」及び「パッド」の一例として、それぞれ「水晶デバイス」、「水晶振動素子」、「水晶片」及び「素子用パッド」を採り上げる。
【００１３】
図１は、実施形態１の水晶デバイスを示す分解斜視図である。図２は、図１におけるII−II線断面図である。図３［１］は実施形態１における素子搭載部材の一方の主面を示す平面図であり、図３［２］〜［４］はその変形例を示す平面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１４】
図１は水晶振動素子２０を素子搭載部材３０に搭載する前の状態を示し、図２は水晶デバイス１０の完成後すなわち水晶振動素子２０を素子搭載部材３０に搭載した後の状態を示している。凹部空間１２、導電性接着剤３４、ＩＣ用パッド３５及び導電性接合材７２は、図１には示さず、図２に示す。まず、水晶デバイス１０の概要を説明する。
【００１５】
本実施形態１の水晶デバイス１０は、水晶振動素子２０、素子搭載部材３０、蓋部材６０、二つの素子用パッド３３、二つの第一の支持バンプ４１、及び第二の支持バンプ４２を主に備えている。水晶振動素子２０は、水晶片２１と、水晶片２１の一端にまで引き出された二つの電極２２と、を有する。素子搭載部材３０は、水晶振動素子２０を搭載する。蓋部材６０は、水晶振動素子２０を収容する凹部空間１１を、素子搭載部材３０とともに形成する。二つの素子用パッド３３は、素子搭載部材３０上に設けられ、二つの電極２２にそれぞれ導電性接着剤３４を介して電気的及び機械的に接続することにより、水晶振動素子２０の一端及び他端がそれぞれ固定端２３及び自由端２４となるように水晶振動素子２０を片持ちにて固定する。二つの第一の支持バンプ４１は、素子搭載部材３０上にかつ二つの素子用パッド３３にそれぞれ設けられ、二つの素子用パッド３３よりも自由端２４側で水晶振動素子２０を支持する。第二の支持バンプ４２は、素子搭載部材３０上に設けられ、第一の支持バンプ４１よりも固定端２３側で水晶振動素子２０を支持する。
【００１６】
次に、水晶デバイス１０について更に詳しく説明する。
【００１７】
水晶デバイス１０は、更にＩＣ（Integrated Circuit）チップ７０を備え、温度補償型水晶発振器になっている。つまり、水晶デバイス１０は、水晶振動素子２０及びＩＣチップ７０が素子搭載部材３０に搭載された状態で、素子搭載部材３０と蓋部材６０とがガラス封止材やろう材（図示せず）などによって接合され、水晶振動素子２０が凹部空間１１内に気密封止された構造となっている。
【００１８】
水晶片２１は、例えばＡＴカット板からなる。水晶片２１の平面形状は、長方形であり、固定端２３及び自由端２４が短辺であり、残る二辺が長辺である。電極２２は、互いに絶縁された二つからなり、それぞれ励振電極、引き出し電極、パッド電極などに分けられ、水晶片２１の一方の主面から側面を跨いで他方の主面まで延びている。
【００１９】
素子搭載部材３０は、表裏の関係にある一方の主面３１及び他方の主面３２と、一方の主面３１側に設けられた凹部空間１１及び素子用パッド３３と、他方の主面３２側に設けられた凹部空間１２及びＩＣ用パッド３５と、を有する。素子用パッド３３とＩＣ用パッド３５とは電気的に導通している。また、素子搭載部材３０は、例えば積層セラミックス及び金属枠などからなり、基板部３６と枠部３７，３８とを有する。枠部３７は、基板部３６の一方の主面３１側の周縁に沿って環状に設けられている。枠部３８は、基板部３６の他方の主面３２側の周縁に沿って環状に設けられている。換言すると、素子搭載部材３０は、凹部空間１１の底面となる一方の主面３１側に素子用パッド３３が設けられ、凹部空間１２の底面となる他方の主面３２側にＩＣ用パッド３５が設けられている。
【００２０】
素子用パッド３３は、例えばタングステン等のメタライズに金メッキ等を施した導体からなり、水晶振動素子２０の電極２２に対向する位置に設けられ、導電性接着剤３４によって電極２２に電気的に接続される。導電性接着剤３４は、例えば銀ペーストなどからなり、硬化前は流動性を有する。枠部３８の四隅の突端面には、それぞれ外部接続端子３９が設けられている。外部接続端子３９には、例えば、周波数制御端子、接地端子、出力端子、電源電圧端子などがある。なお、素子用パッド３３、ＩＣ用パッド３５及び外部接続端子３９は、図示しない内部配線によって相互にかつ電気的に接続されている。
【００２１】
蓋部材６０は、素子搭載部材３０の一方の主面３１側に重ねられ、凹部空間１１を密閉する。また、蓋部材６０は、例えばコバール（Kovar）などの金属からなり、長方形の平板となっている。つまり、蓋部材６０は、素子搭載部材３０へ封止材などにより接合され、気密封止された凹部空間１１を形成する。凹部空間１１は、本実施形態１では素子搭載部材３０側に形成されているが、蓋部材６０側に形成されていてもよい。
【００２２】
ＩＣチップ７０は、発振回路及び温度補償回路等を内蔵し、ＩＣ用パッド３５に電気的に接続される接続端子７１を有するとともに、凹部空間１２内に収容される。接続端子７１は、導電性接合材７２を介してＩＣ用パッド３５に電気的に接続される。つまり、接続端子７１とＩＣ用パッド３５とは、同じ数だけ設けられている。
【００２３】
第一の支持バンプ４１は、例えばセラミックスなどの絶縁物からなり、素子用パッド３３よりも水晶振動素子２０の自由端２４に近い側に、素子用パッド３３に接した状態で設けられている。第一の支持バンプ４１の平面形状は、長方形であり、水晶振動素子２０の長辺方向が短辺であり、水晶振動素子２０の短辺方向が長辺である。
【００２４】
第二の支持バンプ４２は、例えばセラミックスなどの絶縁物からなり、二つの第一の支持バンプ４１の間に設けられている。より詳しくは、第二の支持バンプ４２は、二つの第一の支持バンプ４１の間のほぼ中央の位置に、両方の第一の支持バンプ４１に接しない状態で設けられている。第二の支持バンプ４２の高さは、第一の支持バンプ４１と同じである。第二の支持バンプ４２の平面形状は、長方形であり、水晶振動素子２０の長辺方向が長辺であり、水晶振動素子２０の短辺方向が短辺である。
【００２５】
第二の支持バンプ４２の平面形状の変形例を図３［２］〜［４］に示す。図３［２］の第二の支持バンプ４２ａは三角形、図３［３］の第二の支持バンプ４２ｂは円又は楕円、図３［４］の第二の支持バンプ４２ｃは正方形である。
【００２６】
次に、水晶デバイス１０の作用及び効果について説明する。
【００２７】
水晶デバイス１０によれば、第一の支持バンプ４１が素子用パッド３３よりも水晶振動素子２０の自由端２４側で水晶振動素子２０を支持することに加え、第二の支持バンプ４２が第一の支持バンプ４１よりも水晶振動素子２０の固定端２３側で水晶振動素子２０を支持することにより、導電性接着剤３４の硬化時の収縮によって第一の支持バンプ４１を支点に水晶振動素子２０の自由端２４を持ち上げようとする力が働いても、この力を第二の支持バンプ４２で抑えるので、水晶振動素子２０の自由端２４が蓋部材６０に接触することを防止できる。その結果、水晶振動素子２０の周波数安定度を向上できる。
【００２８】
また、水晶片２１を素子搭載部材３０へ搭載する時に水晶振動素子２０の長辺方向に位置ずれが起こっても、第二の支持バンプ４２は水晶振動素子２０の長辺方向に延設されているため、水晶振動素子２０から第二の支持バンプ４２が外れにくく、水晶振動素子２０の自由端２４の持ち上がり防止に、より効果を奏しやすい。
【００２９】
図４［１］は、実施形態２の水晶デバイスの一部を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３０】
本実施形態２の水晶デバイスは、第二の支持バンプ４２ｄが実施形態１と異なる。本実施形態３における二つの第二の支持バンプ４２ｄは、二つの第一の支持バンプ４１間の内側にそれぞれ別々に、かつ、第一の支持バンプ４１に隣接した状態で設けられた第一の支持片５１を有する。より詳しく言えば、二つの第一の支持片５１は、二つの第一の支持バンプ４１間の内側にそれぞれ別々に、かつ、第一の支持バンプ４１及び素子用パッド３３に接した状態で設けられている。第一の支持片５１の高さは、第一の支持バンプ４１と同じである。第一の支持片５１の平面形状は、長方形であり、水晶振動素子２０の長辺方向が長辺であり、水晶振動素子２０の短辺方向が短辺である。これにより、第一の支持バンプ４１と第二の支持バンプ４２ｄとで平面形状がＬ字状になっている。
【００３１】
水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積が大きくなるほど、導電性接着剤３４の硬化時に働く水晶振動素子２０の自由端２４を持ち上げようとする力が大きくなる。一方、第一の支持片５１は素子用パッド３３の周囲で水晶振動素子２０を支持しているので、その支持する面積分だけ水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積が減少する。また、第一の支持片５１は、二つの第一の支持バンプ４１間の内側にそれぞれ設けられている。そのため、導電性接着剤３４の塗布量が多い場合などに、素子用パッド３３上から二つの第一の支持バンプ４１間の内側方面に流れ込もうとする導電性接着剤３４を第一の支持片５１がせき止めるので、水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積の増加を抑えられる。
【００３２】
したがって、本実施形態２によれば、実施形態１の効果に加え、第一の支持片５１が水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積を減少させることにより、導電性接着剤３４の硬化時に働く水晶振動素子２０の自由端２４を持ち上げようとする力を弱めることができるので、水晶振動素子２０の自由端２４が蓋部材６０に接触することをより防止できる。
【００３３】
本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００３４】
図４［２］は、実施形態３の水晶デバイスの一部を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３５】
本実施形態３の水晶デバイスは、第二の支持バンプ４２ｅが実施形態１、２と異なる。本実施形態３における二つの第二の支持バンプ４２ｅは、第一の支持片５１の他に、二つの第一の支持バンプ４１間の外側にそれぞれ別々に、かつ、第一の支持バンプ４１に隣接した状態で設けられた第二の支持片５２を有する。より詳しく言えば、二つの第二の支持片５２は、二つの第一の支持バンプ４１間の外側にそれぞれ別々に、かつ、第一の支持バンプ４１及び素子用パッド３３に接した状態で設けられている。第二の支持片５２の高さは、第一の支持バンプ４１と同じである。第二の支持片５２の平面形状は、第一の支持片５１と同様に長方形であり、水晶振動素子２０の長辺方向が長辺であり、水晶振動素子２０の短辺方向が短辺である。これにより、第一の支持バンプ４１と第二の支持バンプ４２ｅとで平面形状がコ字状になっている。
【００３６】
水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積は、第一の支持片５１及び第二の支持片５２が水晶振動素子２０を支持する面積分だけ減少する。また、導電性接着剤３４の塗布量が多い場合などに、素子用パッド３３上から二つの第一の支持バンプ４１間の内側方面に流れ込もうとする導電性接着剤３４を第一の支持片５１がせき止め、かつ素子用パッド３３上から二つの第一の支持バンプ４１間の外側方面に流れ込もうとする導電性接着剤３４を第二の支持片５２がせき止めるので、水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積の増加を抑えられる。したがって、本実施形態３によれば、実施形態１及び実施形態２の効果に加え、第一の支持片５１及び第二の支持片５２が水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積を更に減少させることにより、導電性接着剤３４の硬化時に働く水晶振動素子２０の自由端２４を持ち上げようとする力を弱めることができるので、水晶振動素子２０の自由端２４が蓋部材６０に接触することを更に防止できる。
【００３７】
本実施形態３における第二の支持バンプ４２ｅは、第一の支持片５１と第二の支持片５２との両方を有するが、第二の支持片５２のみを有するようにしてもよい。本実施形態３のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１、２のそれらと同様である。
【００３８】
図５［１］は実施形態４の水晶デバイスの一部を示す平面図であり、図５［２］［３］はその変形例を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３９】
本実施形態４の水晶デバイスは、水晶振動素子２０ａが実施形態１〜３と異なる。本実施形態４における水晶振動素子２０ａは切欠き部２５ａを有する。切欠き部２５ａは、導電性接着剤３４が接触する固定端２３側に形成されている。切欠き部２５ａの平面形状は、固定端２３の両端を残して三辺で切欠かれた長方形であり、水晶振動素子２０ａの長辺方向が短辺であり、水晶振動素子２０ａの短辺方向が長辺である。なお、水晶振動素子２０ａの電極は図示を省略している。
【００４０】
切欠き部２５ａの平面形状の変形例を図５［２］［３］に示す。図５［２］の切欠き部２５ｂは固定端２３の両端を残して弧で切り欠かれた弓形、図５［３］の切欠き部２５ｃは固定端２３の両端を残して二辺で切り欠かれた三角形である。
【００４１】
本実施形態４によれば、水晶振動素子２０ａの固定端２３側の導電性接着剤３４が接触する部分に切欠き部２５ａが形成されているので、切欠き部２５ａの面積の少なくとも一部が水晶振動素子２０と導電性接着剤３４との接触面積を減少させることにより、導電性接着剤３４の硬化時に働く水晶振動素子２０ａの自由端２４を持ち上げようとする力を弱めることができるので、水晶振動素子２０の自由端２４が蓋部材６０に接触することを防止できる。この効果は、切欠き部２５ａと実施形態１〜３における第二の支持バンプとを組み合わせることにより、より顕著になる。
【００４２】
本実施形態４のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１〜３のそれらと同様である。
【００４３】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。なお、上記実施形態の一つは、次のように表現することも可能である。
【００４４】
［付記１］水晶片及びこの水晶片の一端にまで引き出された二つの電極を有する圧電素子と、
この圧電素子を搭載する素子搭載部材と、
前記圧電素子を収容する凹部空間を前記素子搭載部材とともに形成する蓋部材と、
前記素子搭載部材上に設けられ、前記二つの電極にそれぞれ導電性接着剤を介して電気的及び機械的に接続することにより、前記圧電素子の前記一端及び他端がそれぞれ固定端及び自由端となるように当該圧電素子を片持ちにて固定する二つのパッドと、
前記素子搭載部材上にかつ前記二つのパッドにそれぞれ設けられ、当該二つのパッドよりも前記自由端側で前記圧電素子を支持する二つの第一の支持バンプと、
を備えた圧電デバイスにおいて、
前記圧電素子は、前記導電性接着剤が接触する前記固定端側に形成された、切欠き部を有する、
ことを特徴とする圧電デバイス。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、前述の水晶の他に、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電デバイスに利用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  水晶デバイス（圧電デバイス）
１１，１２  凹部空間
２０，２０ａ  水晶振動素子（圧電素子）
２１  水晶片（圧電片）
２２  電極
２３  固定端
２４  自由端
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  切欠き部
３０  素子搭載部材
３１  一方の主面
３２  他方の主面
３３  素子用パッド（パッド）
３４  導電性接着剤
３５  ＩＣ用パッド
３６  基板部
３７，３８  枠部
３９  外部接続端子
４１  第一の支持バンプ
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ  第二の支持バンプ
５１  第一の支持片
５２  第二の支持片
６０  蓋部材
７０  ＩＣチップ
７１  接続端子
７２  導電性接合材
【００４７】
９０  圧電デバイス
９１  圧電素子
９１１  固定端側
９１２  自由端側
９２  素子搭載部材
９３  蓋部材
９４  パッド
９５  支持バンプ
９６  導電性接着剤
９７  仮想線
【図１】
2014192544.tif 000003
【図２】
2014192544.tif 000004
【図３】
2014192544.tif 000005
【図４】
2014192544.tif 000006
【図５】
2014192544.tif 000007
【図６】
2014192544.tif 000008