(57)【要約】      （修正有）【課題】発振周波数が変動すること防ぐことができ、安定して気密封止することが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、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１と、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１を囲む封止用導体パターンＨＰと、封止用導体パターンＨＰの主面に設けられている前記２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１を囲む段差部ＤＢと、を有する素子搭載部材１１０と、圧電振動素子搭載パッド１１１に搭載され、励振用電極１２２が設けられている圧電振動素子１２０と、圧電振動素子１２０を気密封止する蓋部材１３０と、を備え、段差部ＤＢの厚みが、１５〜７０μｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個一対の圧電振動素子搭載パッドと、前記２個一対の圧電振動素子搭載パッドを囲む封止用導体パターンと、前記封止用導体パターンの主面に設けられている前記２個一対の圧電振動素子搭載パッドを囲む段差部と、を有する素子搭載部材と、
前記圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、
前記圧電振動素子を気密封止する蓋体と、を備え、
前記段差部の厚みが、１５〜７０μｍであることを特徴とする圧電デバイス。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の圧電デバイスを示す断面図である。以下、圧電デバイスの一例として圧電振動子について説明する。
図７に示すように、従来の圧電振動子３００は、その例として素子搭載部材３１０、圧電振動素子３２０、蓋部材３３０とから主に構成されている。
素子搭載部材３１０の一方の主面には、２個一対の圧電振動素子搭載パッド３１１が設けられている。
また、素子搭載部材３１０は、シリコンからなる材料が用いられる。また、圧電振動素子搭載パッド３１１は、素子搭載部材３１０の他方の主面に設けられている外部接続用電極端子３１２とビア導体（図示せず）を介して接続している。
これら圧電振動素子搭載パッド３１１上には、導電性接着剤ＤＳを介して電気的に接続される一対の励振用電極３２２を表裏主面に有した圧電振動素子３２０が搭載されている。
この圧電振動素子３２０を囲繞するように素子搭載部材３１０の主面には、封止用導体パターンＨＰが設けられている。
また、蓋部材３３０は、蓋部本体３３０ａと壁部３３０ｂと鍔部３３０ｃとで構成され、凹部空間Ｋ１が形成されている。
前記封止用導体パターン３１３の主面には前記蓋部材３３０が被せられ、鍔部３３０ｃに設けられた封止部ＨＢと、封止用導体パターンＨＰが接合されている。これにより、前記凹部空間Ｋ１が気密封止されている。
段差部ＤＢは、前記素子搭載部材３１０の封止部ＨＢの内側に接触するようにして設けられている。この段差部ＤＢは、蓋部材３３０が位置ずれを起こしてしまうことで、蓋部材３３０が圧電振動素子３２０に接触し、圧電振動素子３２０が割れてしまうことを防ぐ役割を果たす（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような圧電振動素子３２０は、圧電素板３２１の表裏主面にそれぞれ設けられた励振用電極３２２から一辺に延設された引き出し電極３２４を圧電振動素子搭載パッド３１１に導電性接着剤ＤＳで固着することで片持ち固定されている。このときの引き出し電極３２４が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子３２０の自由端である先端部３２３とする（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０２８９１号公報
【特許文献２】特開２００８−２５２７８２号公報
【発明の開示】
【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３００においては、蓋部材３３０の位置ずれをなくすために、段差部ＤＢが設けられている構造が示されているが、レーザで蓋部材３３０の鍔部３３０ｃに設けられている封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合する際に接合屑が飛散し、圧電振動素子３２０に被着するために発振周波数が変動してしまうといった課題があった。
また、従来の圧電デバイス３００においては、蓋部材３３０の壁部３３０ｂが段差部ＤＢに接触することで、蓋部材３３０が傾き、安定して気密封止することができないといった課題があった。
【０００６】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、発振周波数が変動すること防ぐことができ、安定して気密封止することができる圧電デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電デバイスは、２個一対の圧電振動素子搭載パッドが一方の主面に設けられている素子搭載部材と、圧電振動素子搭載パッドに搭載され、励振用電極が設けられている圧電振動素子と、圧電振動素子を気密封止する蓋体と、素子搭載部材の主面の外周縁に囲繞するようにして設けられている封止用導体パターンと、封止用導体パターンの主面に囲繞するようにして設けられている段差部と、を備え、段差部の厚みが、１５〜７０μｍであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の圧電デバイスによれば、封止用導体パターンの主面に囲繞するようにして設けられている段差部と、を備え、段差部の厚みが、１５〜７０μｍであることによって、レーザで蓋部材の鍔部に設けられている封止部と封止用導体パターンとを接合する際に発生する接合屑が圧電振動素子に被着しないために、発振周波数が変動することを防ぐことができる。
また、本発明の圧電デバイスによれば、封止用導体パターンの主面に囲繞するようにして設けられている段差部と、を備え、段差部の厚みが、１５〜７０μｍであることによって、蓋部材の鍔部に設けられた封止部と封止用導体パターンとを接合させる際に、蓋部材の壁部が段差部に接触することがないため、蓋部材が傾くことがなくなる。よって、圧電デバイスは、安定して気密封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの蓋部材を外した状態を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの段差部の箇所を拡大した概略図  である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスを示す分解斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】従来の圧電デバイスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、圧電振動素子に水晶を用いた場合について説明する。また、図示した寸法も一部誇張して示している。
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施形態において、圧電デバイスの一例として、圧電振動子について説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動子１００は、素子搭載部材１１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０で主に構成されている。この圧電振動子１００は、前記素子搭載部材１１０に圧電振動素子１２０が搭載され、凹部空間Ｋ１（図２参照）が設けられた蓋部材１３０により気密封止された構造となっている。
【００１２】
圧電振動素子１２０は、図１及び図２に示すように、水晶素板１２１に励振用電極１２２を被着形成したものであり、外部からの交番電圧が励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
水晶素板１２１は、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施された概略平板状で平面形状が例えば四角形となっている。
励振用電極１２２は、前記水晶素板１２１の表裏両主面に金属を所定のパターンで被着・形成したものである。
このような圧電振動素子１２０は、その両主面に被着されている励振用電極１２２から延出する引き出し電極１２４と後述する素子搭載部材１１０の主面に形成されている後述する圧電振動素子搭載パッド１１１とを、導電性接着剤ＤＳ（図２参照）を介して電気的且つ機械的に接続することによって搭載される。このときの引き出し電極１２４が設けられた一辺とは反対側の端辺を圧電振動素子１２０の自由端である先端部１２３とする。
【００１３】
図１及び図２に示すように、素子搭載部材１１０は、例えばアルミナセラミックスからなり、平板状に形成されている。また、素子搭載部材１１０は、圧電振動素子搭載パッド１１１と、外部接続用電極端子１１２と、封止用導体パターンＨＰと、段差部ＤＢとが設けられている。
２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１は、素子搭載部材１１０の一方の主面に設けられている。
封止用導体パターンＨＰは、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１を囲むようにして、素子搭載部材１１０の一方の主面に設けられている。つまり、封止用導体パターンＨＰは、素子搭載部材１１０の一方の主面の外周縁を囲繞するように設けられている。
素子搭載部材１１０の一方の主面の外周縁を囲繞するように設けられた封止用導体パターンＨＰと後述する蓋部材１３０の鍔部１３０ｃとが封止部ＨＢを介して接合される。
段差部ＤＢは、２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１を囲むようにして、封止用導体パターンＨＰの主面に設けられている。つまり、段差部ＤＢは、封止用導体パターンＨＰの主面の内側に環状で設けられている。
また、素子搭載部材１１０の他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子１１２が設けられている。
２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１１は、素子搭載部材１１０の他方の主面に設けられている外部接続用電極端子１１２とビア導体（図示せず）を介して接続している。
【００１４】
図１及び図２に示すように、段差部ＤＢは、例えばタングステン層、ニッケル層、金層の順に積層され、封止用導体パターンＨＰの主面に環状で設けられている。つまり、段差部ＤＢは、圧電振動素子搭載パッド１１１よりも外側に設けられ、封止部ＨＢよりも内側に囲むように、封止用導体パターンＨＰの主面に設けられている。
また、図４に示すように、段差部ＤＢの厚みｄ２は、後述する封止部ＨＢの厚みｄ３よりも厚くなっている。
【００１５】
前記封止用導体パターンＨＰは、前記段差部ＤＢと同様に、タングステン層、ニッケル層、金層の順に積層されており、封止用導体パターンＨＰの厚みｄ１は、２０〜３０μｍである。
【００１６】
図３及び図４に示す前記段差部ＤＢの幅方向の長さＷ１は、３０〜１００μｍであり、前記段差部ＤＢの厚みｄ２は、１５〜７０μｍである。
段差部ＤＢの厚みｄ２が１５μｍ未満の場合、レーザで蓋部材１３０の鍔部１３０ｃに設けられている封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合する際に接合屑が飛散し、圧電振動素子１２０に被着するために発振周波数が変動してしまう。
段差部ＤＢの厚みｄ２が７０μｍより大きい場合、蓋部材１３０を素子搭載部材１１０の封止用導体パターンＨＰに接合する際に、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが段差部ＤＢに接触することで、蓋部材１３０が傾くことがあり、圧電デバイス１００は、安定して気密封止することができない。
つまり、段差部ＤＢの厚みｄ２は、１５〜７０μｍであることによって、レーザで接合する際に、蓋部材１３０の封止部ＨＢの接合屑が飛散しても、段差部ＤＢに被着する。よって、圧電振動素子１２０に接合屑が被着することがないため、発振周波数が変動することを防ぐことができる。また、蓋部材１３０の鍔部１３０ｃに設けられた封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合させる際に、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが段差部ＤＢに接触することがないため、蓋部材１３０が傾くことがなくなる。よって、圧電デバイス１００は、安定して気密封止することができる。
【００１７】
蓋部材１３０は、図２に示すように、蓋本体部１３０ａと壁部１３０ｂと鍔部１３０ｃから主に構成されており、前記圧電振動素子１２０を内包できるように、蓋本体部１３０ａと壁部１３０ｂにより凹部空間Ｋ１が形成されている。
前記蓋部材１３０は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ）やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）または、シリコンなどからなる。
また、蓋部材１３０の鍔部１３０ｃには、環状の封止部ＨＢが設けられている。
図４に示す封止部ＨＢは、例えば銀ロウ及び金錫等により構成され、封止部ＨＢの厚みｄ３は、例えば１０μｍ〜２５μｍとなっている。
具体的には、蓋部材１３０は、素子搭載部材１１０の封止用導体パターンＨＰ上に載置され、レーザを鍔部１３０ｃに照射し、封止部ＨＢを溶融させることによって、鍔部１３０ｃに設けられた封止部ＨＢを介して封止用導体パターンＨＰに接合される。
【００１８】
また、蓋部材１３０は、従来周知の打ち抜き加工により、凹部空間Ｋ１が形成されており、凹部空間Ｋ１の開口側に向かうにつれて、面積が大きくなっている。つまり、蓋部材１３０の凹部空間Ｋ１が、四角錐台形状になっている。
【００１９】
前記導電性接着剤ＤＳは、シリコーン樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、のうちのいずれかまたはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。
【００２０】
本発明の圧電デバイス１００によれば、封止用導体パターンＨＰの主面に囲繞するようにして設けられている段差部ＤＢと、を備え、段差部ＤＢの厚みｄ２が、１５〜７０μｍであることによって、レーザで蓋部材１３０の鍔部１３０ｃに設けられている封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合する際に発生する接合屑が圧電振動素子１２０に被着しないために、発振周波数が変動することを防ぐことができる。
また、本発明の圧電デバイス１００によれば、封止用導体パターンＨＰの主面に囲繞するようにして設けられている段差部ＤＢと、を備え、段差部ＤＢの厚みｄ２が、１５〜７０μｍであることによって、蓋部材１３０の鍔部１３０ｃに設けられた封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合させる際に、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが段差部ＤＢに接触することがないため、蓋部材１３０が傾くことがなくなる。よって、圧電デバイス１００は、安定して気密封止することができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスについて説明する。本実施形態における圧電デバイスの一例として、圧電発振器について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法で形成された圧電デバイスの他の一例を示す分解斜視図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。また、図示した寸法も一部誇張して示している。
本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス２００は、素子搭載部材２１０の基板部２１０ａと第２の枠部２１０ｃによって設けられた第２の凹部空間Ｋ２内に集積回路素子２４０が搭載されている点で第１の実施形態と異なる。
【００２２】
図５及び図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器２００は、素子搭載部材２１０と圧電振動素子１２０と蓋部材１３０と集積回路素子２４０で主に構成されている。この圧電発振器２００は、前記素子搭載部材２１０に圧電振動素子１２０が搭載され、前記素子搭載部材２１０に形成されている第２の凹部空間Ｋ２内に集積回路素子２４０が搭載され、その圧電振動素子１２０が蓋部材１３０により気密封止された構造となっている。
【００２３】
集積回路素子２４０は、図５及び図６に示すように、回路形成面に前記圧電振動素子１２０からの発振出力を生成する発振回路等が設けられており、この発振回路で生成された出力信号は外部接続用電極端子２１４を介して圧電発振器２００の外へ出力され、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。
また、集積回路素子２４０には、可変容量素子に周囲温度に応じた制御電圧を印加して温度変化による発振回路の発振周波数の変動を補償するため、３次関数発生回路及び記憶素子部により温度補償回路部が設けられており、３次関数発生回路には、温度センサが接続されている。
この温度センサは、検出した温度と、温度センサに印加させる電圧値とに基づいて生成される温度データ信号（電圧値）が３次関数発生回路に出力される構成となっている。
集積回路素子２４０は、素子搭載部材２１０の第２の凹部空間Ｋ２内に露出した基板部２１０ａに形成された集積回路素子搭載パッド２１３に半田等の導電性接合材を介して搭載されている。
【００２４】
図５及び図６示すように、素子搭載部材２１０は、基板部２１０ａと、枠部２１０ｂと、圧電振動素子搭載パッド２１１と、外部接続用電極端子２１２と、集積回路素子搭載パッド２１３と、封止部ＨＢと、段差部ＤＢとで主に構成されている。また、素子搭載部材２１０は、例えばシリコンやアルミナセラミックス等から構成されている。
素子搭載部材２１０の基板部２１０ａの他方の主面に枠部２１０ｂが設けられて、第２の凹部空間Ｋ２が形成されている。
２個一対の圧電振動素子搭載パッド２１１は、素子搭載部材２１０の一方の主面に設けられている。
封止用導体パターンＨＰは、２個一対の圧電振動素子搭載パッド２１１を囲むようにして、素子搭載部材２１０の一方の主面に設けられている。つまり、封止用導体パターンＨＰは、素子搭載部材２１０の一方の主面の外周縁を囲繞するように設けられている。
素子搭載部材２１０の一方の主面の外周縁を囲繞するように設けられた封止用導体パターンＨＰと後述する蓋部材１３０の鍔部１３０ｃとが封止部ＨＢを介して接合される。
段差部ＤＢは、２個一対の圧電振動素子搭載パッド２１１を囲むようにして、封止用導体パターンＨＰの主面に設けられている。つまり、段差部ＤＢは、封止用導体パターンＨＰの主面の内側に環状で設けられている。
また、前記素子搭載部材２１０の枠部２１０ｂの他方の主面の４隅には、外部接続用電極端子２１２が設けられている。
図５及び図６に示すように、第２の凹部空間Ｋ２内で露出した基板部２１０ａの他方の主面には、複数の集積回路素子搭載パッド２１３と２個一対の圧電振動素子測定用パッド（図示せず）が形成されている。
図５及び図６に示すように、段差部ＤＢは、例えばタングステン層、ニッケル層、金層の順に積層され、封止用導体パターンＨＰの主面に環状で設けられている。つまり、段差部ＤＢは、圧電振動素子搭載パッド１１１よりも外側に設けられ、封止部ＨＢよりも内側に囲むように、封止用導体パターンＨＰの主面に設けられている。
また、段差部ＤＢの厚みは、後述する封止部ＨＢの厚みよりも厚くなっている。
【００２５】
前記封止用導体パターンＨＰは、前記段差部ＤＢと同様に、タングステン層、ニッケル層、金層の順に積層されており、封止用導体パターンＨＰの厚みは、２０〜３０μｍである。
【００２６】
前記段差部ＤＢの幅方向の長さは、３０〜１００μｍであり、段差部ＤＢの厚みは、１５〜７０μｍである。
段差部ＤＢの厚みが１５μｍ未満の場合、レーザで蓋部材１３０の鍔部１３０ｃに設けられている封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合する際に接合屑が飛散し、圧電振動素子１２０に被着するために発振周波数が変動してしまう。
段差部ＤＢの厚みが７０μｍより大きい場合、蓋部材１３０を素子搭載部材２１０の封止用導体パターンＨＰに接合する際に、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが段差部ＤＢに接触することで、蓋部材１３０が傾くことがあり、圧電デバイス２００は、安定して気密封止することができない。
つまり、段差部ＤＢの厚みは、１５〜７０μｍであることによって、レーザで接合する際に、蓋部材１３０の封止部ＨＢの接合屑が飛散しても、段差部ＤＢに被着する。よって、圧電振動素子１２０に接合屑が被着することがないため、発振周波数が変動することを防ぐことができる。蓋部材１３０の鍔部１３０ｃに設けられた封止部ＨＢと封止用導体パターンＨＰとを接合させる際に、蓋部材１３０の壁部１３０ｂが段差部ＤＢに接触することがないため、蓋部材１３０が傾くことがなくなる。よって、圧電デバイス２００は、安定して気密封止することができる。
【００２７】
このように本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス２００を構成しても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００２８】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
例えば、前記した本実施形態では、圧電振動素子を構成する圧電素材として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素材として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたは、圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子でも構わない。
【符号の説明】
【００２９】
１１０、２１０・・・素子搭載部材
２１０ａ・・・基板部
２１０ｂ・・・枠部
Ｋ１・・・凹部空間（第１の凹部空間）
１１１、２１２・・・圧電振動素子搭載パッド
１１２、２１２・・・外部接続用電極端子
２１３・・・集積回路素子搭載パッド
Ｋ２・・・第２の凹部空間
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・先端部
１２４・・・引き出し電極
１３０・・・蓋部材
１３０ａ・・・蓋本体部
１３０ｂ・・・壁部
１３０ｃ・・・鍔部
２４０・・・集積回路素子
ＤＳ・・・導電性接着剤
１００、２００・・・圧電デバイス
ＨＢ・・・封止部
ＨＰ・・・封止用導体パターン
ＤＢ・・・段差部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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