(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストを低減することができ、導電接着剤が圧電振動片の下面の励振電極にまで広がることを防ぐ圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイスＰＤは、励振電極と該励振電極から引き出される引出電極とを有する圧電振動片４０と、平面視で長方形であり底面からテーパー角度を有して形成される壁面を有するセラミック製のベース１０と、圧電振動片に電圧を加えるため底面に形成された接続バンプＣＢと、長方形の長手方向に接続バンプに近接し、ベースと一体に形成される段差部１９と、を備える。そして引出電極と接続バンプＣＢとは導電性接着剤ＥＡで接続され、圧電振動片が段差部と接して片持ち状態で底面に対して斜めに支持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極と該励振電極から引き出される引出電極とを有する圧電振動片と、
平面視で長方形であり、底面からテーパー角度を有して形成される壁面を有するセラミック製のベースと、
前記圧電振動片に電圧を加えるため前記底面に形成された接続バンプと、
前記長方形の長手方向に前記接続バンプに近接し、前記ベースと一体に形成される段差部と、を備え、
前記引出電極と前記接続バンプとは導電性接着剤で接続され、前記圧電振動片が前記段差部と接して片持ち状態で前記底面に対して斜めに支持される圧電デバイス。
【請求項２】
前記接続バンプは、前記底面よりも低い面に形成され、
前記段差部は、前記底面と同一面もしくは前記底面から高く形成されている請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記接続バンプは、前記底面と同一面に形成され、
前記段差部は、前記底面から高く形成されている請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記底面は、前記底面から前記長方形の長手方向に傾斜した傾斜面を含み、
前記接続バンプ及び前記段差部は前記傾斜面に形成される請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
さらに前記傾斜面と前記底面とが段差なくつながっている領域から、前記接続バンプから伸びた配線電極を含む請求項４記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記ベースは、セラミックグリーンシートを金型でプレスして前記壁面を形成し、その後焼成して形成される請求項１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、片持ち圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示の圧電デバイスがある。この圧電デバイスでは、セラミック素地の平板（一般にグリーンシートと呼ばれる。）を複数枚重ね合わせて凹部を有したセラミック製のベースが形成されている。またこのベースの凹部内では、圧電振動片の引出電極が導電接着剤で固定されている。この圧電振動片の一端は、他端が底面に接することを防ぐため、他端を持ち上げるように圧電振動片の一端を厚く斜めに形成している
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０６７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、平板を複数枚重ね合わせるセラミック製のベースは、平板の重ね合わせ作業があることなどからコストが高くなる傾向がある。他端を持ち上げるため圧電振動片の一端を厚く斜めに形成することもコストが高くなるという問題点がある。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、上記の課題を解決でき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】
【０００５】
本発明の実施態様の圧電デバイスは、励振電極と該励振電極から引き出される引出電極とを有する圧電振動片と、平面視で長方形であり底面からテーパー角度を有して形成される壁面を有するセラミック製のベースと、圧電振動片に電圧を加えるため底面に形成された接続バンプと、長方形の長手方向に接続バンプに近接し、ベースと一体に形成される段差部と、を備える。そして引出電極と接続バンプとは導電性接着剤で接続され、圧電振動片が段差部と接して片持ち状態で底面に対して斜めに支持される。
【０００６】
また接続バンプは底面よりも低い面に形成され、段差部は底面と同一面もしくは底面から高く形成されている。
また、接続バンプが底面と同一面に形成され、段差部が底面から高く形成されていてもよい。
さらに底面は、底面から長方形の長手方向に傾斜した傾斜面を含み、接続バンプ及び段差部は傾斜面に形成されていてもよい。
さらに傾斜面と底面とが段差なくつながっている領域から、接続バンプから伸びた配線電極を含む。
【発明の効果】
【０００７】
この開示の圧電デバイスは、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイスＰＤのリッド２０の斜視図である。（ｂ）は、この圧電デバイスＰＤのベース１０の斜視図である。（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図２】（ａ）は、実施形態の圧電振動片４０の平面図であり、（ｂ）は、この圧電振動片４０の断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１例と第２例とのベース及び段差部を説明する断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、第３例と第４例とのベース及び段差部を説明する断面図である。（ｃ）は第４例の平面図である。
【図５】圧電デバイスの製造方法に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあり、大きさ、角度又は厚み等は誇張して描いている場合がある。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。
【００１０】
＜圧電デバイスの構成＞
図１（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイスＰＤのリッド２０の斜視図であり、図１（ｂ）は、この圧電デバイスＰＤのベース１０の斜視図である。図１（ｃ）は図１（ａ）及び（ｂ）の断面図であり、図１（ａ）及び（ｂ）に描かれていない、共晶金属３０及び圧電振動片４０が描かれている。
【００１１】
図１（ａ）及び（ｃ）に示されるリッド２０は、長方形状の天井面２２とその反対側の外面２３とを有している。このリッド２０は例えばコバルト等の金属材料で構成されている。
【００１２】
図１（ｂ）及び（ｃ）に示されるベース１０は、例えばアルミナを主原料としたセラミックスで構成される。このベース１０は、長方形状の底面１２を有しておりその四辺から壁１５が形成されている。底面１２は圧電振動片４０を底面１２に対して傾ける段差部１９を有している。また、段差部１９の底面１２からの高さは、７〜１５μｍ、好ましくは１０μｍである。段差部１９のマイナスＹ軸側に接続バンプＣＢが形成されている。圧電振動片４０は接続バンプＣＢに塗布される導電性接着剤ＥＡで接着される。さらにベース１０は、その底面１２の反対側の実装面に実装端子ＯＥを備えている。接続バンプＣＢから伸びた配線電極１７によって、接続バンプＣＢと実装端子ＯＥとが不図示のビア配線で電気的に接続されている。
【００１３】
共晶金属３０は、圧電振動片４０を配置したベース１０とリッド２０とを接合する。ベース１０の壁１５の上面１５ｕに共晶金属３０のペーストが塗布され、リッド２０の壁２５及びフランジ部２７が共晶金属３０の上に配置される。そして共晶金属３０が焼結して、リッド２０とベース１０とを接合する。これにより、リッド２０とベース１０との間の空間ＳＰに圧電振動片４０が封止される。なお、上面１５ｕに共晶合金に接合容易なメタライズを予め施しておき、一方、リッドの縁の領域上に共晶合金層を予め形成しておき、これらベースとリッドとを接合することで封止をしても良い。
【００１４】
共晶金属３０は、例えば金シリコン（Ａｕ３．１５Ｓｉ）合金、金ゲルマニューム（Ａｕ１２Ｇｅ）合金、又は金スズ（Ａｕ２０Ｓｎ）合金である。これら共晶金属３０は、プリント基板などの外部部材に実装端子ＯＥをハンダ合金で実装する際の温度よりも高ければ、特に合金材料は限定されない。実装端子ＯＥを実装させるリフロー炉の温度は、一般に摂氏２５０度以下であるので、共晶金属３０の融点が摂氏２６０度以上であれば、ベース１０とリッド２０との接合が溶けることはない。
【００１５】
図２（ａ）は、実施形態の圧電振動片４０の平面図であり、図２（ｂ）は、この圧電振動片４０の断面図である。圧電振動片４０は励振電極４１と引出電極４３とを有している。圧電振動片４０は長辺がＹ軸方向に伸び、短辺がＸ軸方向に伸びる長方形の平板状に形成されている。
【００１６】
圧電振動片４０の主面表裏（＋Ｚ軸側の各面）にはそれぞれ励振電極４１が形成されている。各励振電極４１は同形状でありＺ軸方向に互いに重なるように形成されている。励振電極４１は長軸がＹ軸方向に伸び、短軸がＸ軸方向に伸びる楕円形状又は図示しない四角形状に形成されており、各励振電極４１からは、圧電振動片４０のーＹ軸側の辺の両端にそれぞれ引出電極４３が引き出されている。引出電極４３は接続バンプＣＢに導電性接着剤ＥＡなどで接着される。
【００１７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。圧電振動片がＡＴカット又はＳＣカット等の水晶振動片である場合、電位が加えられて振動する振動周波数は水晶片の厚さに反比例するため、その厚さは水晶振動片の振動周波数に応じて決められる。主振動を閉じ込めるため、振動片はＹ軸方向の一端側及び他端側は薄く形成されている。圧電振動片４０は、ＡＴカット水晶振動片以外にも、音叉型の水晶振動片等の他の振動モードの振動片であっても良い。なお、圧電振動片４０としてＡＴカット又はＳＣカットの厚みすべり振動片を用いる場合は、厚みが均一なもの、又はベベル加工されたもの等、圧電デバイスの設計に応じた任意のものを用いることができる。
【００１８】
図３及び図４は、ベース１０の壁１５の高さ、壁１５のテーパー角度及び段差部１９を説明する図である。また図３（ａ）及び（ｂ）並び図４（ａ）及び（ｂ）は、段差部１９を含む位置の断面図であり、圧電振動片４０の傾きを示すために圧電振動片４０を仮想線で描いている。図３及び図４に示された、第１例から第４例は、それぞれ段差部１９の形状が異なるがベース１０の壁１５の高さ及びテーパー角度は同じである。
【００１９】
このベース１０の厚さｄ１は、１２０〜３００μｍであり、好ましくは１２０〜２００μｍである。底面１２から壁１５の高さ（又は凹み深さ）ｄ２は、金型でプレスして形成し易い高さであり、発明者の実験によれば７０〜１２０μｍ、好ましくは９０〜１１０μｍである。また、このベース１０の壁１５は、底面１２の法線方向を基準にテーパー角度θを有する壁面１５ｓを有する。セラミック素地の平板（グリーンシート）を金型でプレスしてベースを形成するため、プレス後に金型からセラミック素地をきれいに剥がす必要がある。発明者の実験によれば、テーパー角度θを１度以上とすると、セラミック素地をきれいに剥がすことができる。テーパー角度θが大きすぎてはベース１０の壁１５の上面１５ｕの幅を狭めたり、ベース１０の内容積を狭めたりする等の弊害が生じるので、テーパー角度θの上限は例えば５度が良い。
【００２０】
図３（ａ）は、段差部１９の第１例である段差部１９ａを示す。図３（ａ）に示されるように、底面１２のマイナスＹ軸方向に接続バンプＣＢが形成される。接続バンプＣＢの厚さ（Ｚ軸方向）は３〜７μｍであり、その幅（Ｙ軸方向）は１２０〜１６０μｍである。そのプラスＹ軸方向に段差部１９ａが２つ形成されている。段差部１９ａの高さｄ３は８〜１３μｍであり、その幅Ｌ１（Ｙ軸方向）は４０〜６０μｍである。また１つの段差部１９ａの長さ（Ｘ軸方向）は８０〜１２０μｍである。圧電振動片４０の一端が導電接着剤で接着されると、段差部１９ａによって圧電振動片４０は斜めに片持ち支持される。そのため圧電振動片４０の他端は、導電接着剤ＥＡの固化の際に底面１２に接触しにくくなる。また導電接着剤ＥＡが接続バンプＣＢに塗布され、その導電接着剤ＥＡが圧電振動片４０の下面の励振電極４１の方に広がる場合がある。導電接着剤ＥＡが、励振電極４１近くまで広がってくると、圧電振動片４０の電気的特性、特にクリスタルインピーダンス値（以降、ＣＩ値と呼ぶ）の悪化を引き起こす。段差部１９ａは、導電接着剤ＥＡが圧電振動片４０の下面の励振電極４１の方にまで広がることを防ぐことができる。
【００２１】
図３（ｂ）は、第２例である段差部１９ｂ（１９ｂ１，１９ｂ２）を示す。図３（ｂ）に示されるように、底面１２からＹ軸方向に進むほどＺ軸方向に高くなる傾斜面からなる第３段差部１９ｂ１が形成される。この傾斜面を含む第３段差部１９ｂ１の高さｄ４は４〜１０μｍであり、その幅（Ｙ軸方向）は１２０〜１６０μｍである。また第３段差部１９ｂ１の長さ（Ｘ軸方向）は４５０〜５５０μｍである。この１つの第３段差部１９ｂ１に２つの接続バンプＣＢが形成され、その接続バンプＣＢの大きさは第１例と同じである。配線電極１７は底面１２の第３段差部１９ｂ１の段差がない箇所に配置される。さらに第３段差部１９ｂ１のプラスＹ軸側には第４段差部１９ｂ２が形成されている。この第４段差部１９ｂ２の高さｄ５は３〜８μｍであり、その幅Ｌ１（Ｙ軸方向）は４０〜６０μｍである。第４段差部１９ｂ２は、第３段差部１９ｂ１の長さと同様に４５０〜５５０μｍである。圧電振動片４０が導電接着剤で接着されると、第３段差部１９ｂ１及び第４段差部１９ｂ２によって圧電振動片４０は斜めに片持ち支持される。そのため圧電振動片４０の他端は、導電接着剤ＥＡの固化の際に底面１２に接触しにくくなり、第４段差部１９ｂ２は、導電接着剤ＥＡが圧電振動片４０の下面の励振電極４１の方にまで広がることを防ぐことができる。
【００２２】
図４（ａ）は、第３例である段差部１９ｃを示す。図４（ａ）に示されるように、底面１２のマイナスＹ軸方向に段差部１９ｃが底面１２の下側（マイナスＺ軸方向）に形成される。段差部１９ｃの深さｄ６は８〜１８μｍであり、その幅Ｌ１（Ｙ軸方向）は１４０〜２００μｍである。また段差部１９ｃの長さは４５０〜５５０μｍである。この１つの段差部１９ｃに２つの接続バンプＣＢが形成されている。バンプＣＢの厚さ（Ｚ軸方向）は３〜７μｍであり、その幅（Ｙ軸方向）は１２０〜１６０μｍである。圧電振動片４０の一端が導電接着剤で接着されると、段差部１９ｃによって圧電振動片４０斜めに片持ち支持される。そのため圧電振動片４０の他端は、導電接着剤ＥＡの固化の際に底面１２に接触しにくくなる。段差部１９ｃは、導電接着剤ＥＡが圧電振動片４０の下面の励振電極４１の方にまで広がることを防ぐことができる。
【００２３】
図４（ｂ）は、第４例である段差部１９ｄ（１９ｄ１，１９ｄ２）を示す。図４（ｂ）に示されるように、底面１２のマイナスＹ軸方向に第１段差部１９ｄ１が底面１２の下側（マイナスＺ軸方向）に形成される。第１段差部１９ｄ１の深さｄ７は４〜１０μｍであり、その幅Ｌ１（Ｙ軸方向）は１４０〜２００μｍである。また第１段差部１９ｄ１の長さ（Ｘ軸方向）は４５０〜５５０μｍである。この１つの第１段差部１９ｄ１に２つの接続バンプＣＢが形成され、その接続バンプＣＢの大きさは第２例と同じである。第１段差部１９ｄ１のプラスＹ軸側には第２段差部１９ｄ２が形成されている。この段差部１９ｄ２の高さｄ８は３〜８μｍであり、その幅Ｌ１（Ｙ軸方向）は４０〜６０μｍである。第２段差部１９ｄ２は、第１段差部１９ｄ１の長さと同様に４５０〜５５０μｍである。圧電振動片４０が導電接着剤で接着されると、第１段差部１９ｄ１及び第２段差部１９ｄ２によって圧電振動片４０は斜めに片持ち支持される。そのため圧電振動片４０の他端は、導電接着剤ＥＡの固化の際に底面１２に接触しにくくなり、第１段差部１９ｄ１及び第２段差部１９ｄ２は、導電接着剤ＥＡが圧電振動片４０の下面の励振電極４１の方にまで広がることを防ぐことができる。
【００２４】
第３例の段差部１９ｃも第４例である段差部１９ｄ１も底面１２のマイナスＹ軸方向に形成されている。このため２つの接続バンプＣＢと配線電極１７との電気的な接続が段差部１９ｃ又は段差部１９ｄ１によって切れてしまわないようにしなければならない。このため、図４（ｃ）に示されるように、プラスマイナスＸ軸方向にスロープ１８が形成されてもよい。このスロープ１８に配線電極１７が形成されることで、接続バンプＣＢから伸びた配線電極１７が切れることを防ぐことができる。
【００２５】
＜＜圧電デバイスの製造方法＞＞
次に、圧電デバイスの製造方法について図５を参照して説明する。なお、図５は、特に圧電デバイスＰＤのベース１０の製造に関して詳述している。
【００２６】
先ず、所定の厚さを有したセラミック素地の平板（グリーンシート）を用意する。すでにそのセラミック素地の平板には接続バンプＣＢ用のタングステン等が塗布され金メッキ等が施されている。そのセラミック素地の平板を不図示のベース１０用の金型でプレスする。するとベース１０の壁１５及び段差部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）が作成される（ステップＳ５１１）。なお金型は段差部１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）の各種に応じて複数の金型が作られている。
【００２７】
次に、セラミック素地の平板が焼成される（ステップＳ５１３）。このときに接続バンプＣＢ及び実装端子ＯＥも形成される。そして、セラミック素地の平板を個片に分割して、ベース１０が形成される（ステップＳ５１５）。このベース１０の接続バンプＣＢに導電性接着剤ＥＡが塗布される。そして導電性接着剤ＥＡの塗布が済んだ接続バンプＣＢに圧電振動片４０の引出電極が重なるように置かれ、導電性接着剤ＥＡの硬化がされて、圧電振動片４０はベース１０に固定される（ステップＳ５１７）。
【００２８】
次に、圧電振動片４０を接着し終えたベース１０の壁１５の上面１５ｕに、融点が摂氏２６０度以上の共晶金属３０が塗布される（ステップＳ５１９）。そして真空又は所定のガス雰囲気中で、リッド２０のフランジ部２７は、上面１５ｕに重なるように載置される（ステップＳ５２１）。そのリッド２０がベース１０に重ねられた状態で、リッド及びベースはリフロー炉に入れられる。そしてリフロー炉で２６０度以上に加熱されて共晶金属３０が溶けて、ベースとリッドとが圧電振動片４０を封止する（ステップＳ５２３）。このようにして、圧電デバイスＰＤが製造される。
【００２９】
以上、本実施形態の圧電デバイス及びその製造方法を説明したが、この本願発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、圧電デバイスとして特に水晶振動子を説明した。しかし、発信器を伴う水晶発振器、さらには、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子や圧電発振器にも適用できる。例えばリッドを接地する場合等では、圧電デバイス内にアースのための引き回し配線を設け、そして、ベースの外側底面にアース用実装端子を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０：ベース、
１２：底面    １５：壁    １５ｓ、壁面    １５ｕ：上面    １８：スロープ
１９（１９ａ，１９ｂ１，１９ｂ２，１９ｃ，１９ｄ１，１９ｄ２）：段差部
２０：リッド    ２２：天井面  
３０：共晶金属
４０：圧電振動片、  ４１：励振電極、  ４３：引出電極
ＣＢ：接続バンプ  ＥＡ：導電性接着剤  ＯＥ：実装端子
ＰＤ：圧電デバイス
【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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