(57)【要約】【課題】圧電振動子の表面にＡｕ導電性ペーストを印刷及び焼成して形成したＡｕ膜状電極に対し、リード部材を導通接続する振動子の配線構造及び配線接続方法において、圧電振動子とリード部材の接続信頼性（耐久性）を高める。【解決手段】Ａｕ膜状電極上のリード部材接続部に、少なくともＡｇを含むＡｇ系電極材料、あるいは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうちの１種または２種以上の合金からなるリード部材接続電極を形成し、このリード部材接続電極にリード部材を半田付けする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子の表面にＡｕ導電性ペーストを塗布及び焼成して形成したＡｕ膜状電極に対し、リード部材を導通接続する圧電振動子の配線構造において、
前記Ａｕ膜状電極上のリード部材接続部に、少なくともＡｇを含むＡｇ系電極材料、あるいは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金からなるリード部材接続電極を形成し、このリード部材接続電極上に、前記リード部材を半田付けしたことを特徴とする圧電振動子の配線構造。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動子の配線構造において、前記Ａｇ系電極材料はＡｇまたはＡｇＰｄである圧電振動子の配線構造。
【請求項３】
請求項１記載の圧電振動子の配線構造において、前記圧電振動子及び前記Ａｕ膜状電極は平面円形状をなし、前記リード部材接続部に形成したリード部材接続電極は、該平面円形状のＡｕ膜状電極の周縁部に位置している圧電振動子の配線構造。
【請求項４】
圧電振動子の表面にＡｕ系導電性ペーストを全面的に塗布して焼成し、Ａｕ膜状電極を形成するステップと、
このＡｕ膜状電極上のリード部材接続部に、ＡｇまたはＡｇＰｄを含むＡｇ系導電性ペースト、あるいは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金を含む導電性ペーストを塗布して焼成し、リード部材接続電極を形成するステップと、
このリード部材接続電極上にリード部材を半田付けし、該リード部材とＡｕ膜状電極を導通接続するステップと、
を有することを特徴とする圧電振動子の配線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子のＡｕ膜状電極にリード部材を導通接続する圧電振動子の配線構造及び配線方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子を有する装置として、例えば圧電ポンプがある。圧電ポンプは、平板円形状の圧電振動子とハウジングの間に可変容積室を形成し、圧電振動子を振動させることにより、可変容積室の容積を変化させてポンプ作用を得ている。より具体的には、可変容積室に連なる一対の流路に、流れ方向の異なる一対の逆止弁（可変容積室への流体流を許す逆止弁と可変容積室からの流体流を許す逆止弁）を設けており、圧電振動子の振動により可変容積室の容積が変化すると、それに伴い一対の逆止弁の一方が閉じ他方が開く動作を繰り返すことから、ポンプ作用が得られる。このような圧電ポンプは、液体ポンプだけでなく気体ポンプとしても用いられている。
【０００３】
圧電振動子は、圧電体を、シム（導電性薄肉金属板）の表裏の少なくとも一方に積層してなっている。圧電体はその表裏方向に分極特性が与えられていて、表裏間に、この分極方向と同一方向または逆方向の正負極性を与えると一方の表面積が拡大し他方の表面積が縮小する性質がある。このため、圧電体の表裏に与える正負極性を交互に反転させると、表裏の一方が伸びて他方が縮むサイクルが繰り返され、シムが振動する。
【０００４】
この圧電振動子に対する配線は従来、リード部材をシム及び圧電体（圧電振動子の表面に形成した膜状電極）に半田付けして行っていた。圧電振動子の膜状電極は、特許文献１〜３に記載されたように、例えばＡｇやＡｕからなる。
【特許文献１】特開２００１−０１６８７６号公報
【特許文献２】特開２００２−０５０９４１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９７２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、数十〜１００μｍ未満の振幅の振動が繰り返される圧電振動子では、Ａｇ膜状電極を用いると、長期の使用によりイオンマイグレーションが発生し、膜状電極とリード部材の半田付け部分で接続不良が発生することが分かった。特に、Ａｇ電極が流体に直接または樹脂フィルム等を介して接する多湿環境下では、イオンマイグレーションが多発する傾向にある。また、電極の厚さが厚いため、圧電振動子の振動を拘束してしまい変位量を低減させてしまう。このため、最近、当出願人は、化学的に安定していてイオンマイグレーションが生じにくく、平均粒径１μｍ以下のガラス成分とＡｕの有機化合物（レジネート）を混合した導電ペーストを用いて膜厚約０．１μｍ〜０．５μｍ程度と非常に薄い膜状電極を形成することを提案している（特願２００６−１３５３２５号）。
【０００６】
しかしながら、Ａｕ膜状電極は０．１〜０．５μｍ程度と非常に薄く形成されるため、リード部材を半田接合する際に、Ａｕが半田中に溶け出してＡｕ膜状電極が消失して断線してしまう現象（半田食われ）が生じる。このため、Ａｕ膜状電極には事実上半田付けができない。
【０００７】
本発明は、以上の問題意識に基づき、圧電振動子とリード部材との接続信頼性（耐久性）が高い配線構造及び配線方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、Ａｕより半田食われが少ない電極材料（Ａｇを含むＡｇ系電極材料、あるいは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金）に着目し、該電極材料からなるリード部材接続電極をＡｕ膜状電極上に形成して、このリード部材接続電極にリード部材を半田付けすることで、圧電振動子とリード部材の導通接続を実現し、その長期の接続信頼性を確保したものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、圧電振動子の表面にＡｕ導電性ペーストを塗布及び焼成して形成したＡｕ膜状電極に対し、リード部材を導通接続する圧電振動子の配線構造において、Ａｕ膜状電極上のリード部材接続部に、少なくともＡｇを含むＡｇ系電極材料、あるいは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金からなるリード部材接続電極を形成し、このリード部材接続電極上に、リード部材を半田付けしたことを特徴としている。
【００１０】
Ａｇ系電極材料としてはＡｇまたはＡｇＰｄがある。
【００１１】
リード部材接続電極は、平面円形状をなす圧電振動子の振動に関与しないように、平面円形状のＡｕ膜状電極の周縁部に位置していることが好ましい。
【００１２】
また本発明は、圧電振動子の表面に形成したＡｕ膜状電極とリード部材とを導通接続する圧電振動子の配線方法であって、圧電振動子の表面にＡｕ系導電性ペーストを全面的に塗布して焼成し、Ａｕ膜状電極を形成するステップと、このＡｕ膜状電極上のリード部材接続部に、ＡｇまたはＡｇＰｄを含むＡｇ系導電性ペースト、あるいは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金を含む導電性ペーストを塗布して焼成し、リード部材接続電極を形成するステップと、このリード部材接続電極にリード部材を半田付けし、該リード部材とＡｕ膜状電極を導通接続するステップとを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、イオンマイグレーション耐性に優れたＡｕ膜状電極を備え、このＡｕ膜状電極のリード部材接続部にＡｇ系電極材料あるいはＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金からなるリード部材接続電極を介してリード部材を導通接続するので、圧電振動子とリード部材との接続信頼性（耐久性）が高い配線構造及び配線方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１、図２は、本発明による配線構造を適用する圧電ポンプの一例を示している。本圧電ポンプ１００は、平面円形の圧電振動子１０、アッパハウジング（上蓋）２０、ロアハウジング３０、駆動基板４０及び下蓋５０を備えている。ロアハウジング３０には、圧電振動子１０を受け入れる円形凹部３１が形成されている。円形凹部３１内に収納される圧電振動子１０は、その表裏にガイドリング１１とＯリング１２を当接させた状態で、アッパハウジング２０とロアハウジング３０の間に挟着され、ポンプ室Ｐ（図２）を構成している。
【００１５】
圧電振動子１０は、ポンプ室Ｐ側に臨むシム１０ａと、大気室（アッパハウジング２０）側に臨む圧電体１０ｂとを備えたユニモルフタイプである。シム１０ａは、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ５０μｍ程度のステンレス、４２アロイ等の薄板からなっている。圧電体１０ｂは、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）等の圧電材料から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。
【００１６】
ロアハウジング３０には、円形凹部３１内に、圧電振動子１０（円形凹部３１）の平面中心に対する偏心対称位置に位置させて、吸入側液溜室３２と吐出側液溜室３３が形成されている。また、ロアハウジング３０には、この吸入側液溜室３２と吐出側液溜室３３に連通する吸入ポート３４と吐出ポート３５が形成されている。吸入ポート３４と吐出ポート３５は、互いに平行をなしていて、ロアハウジング３０の一つの側面から突出している。３４ａと３５ａは、吸入ポート３４と吐出ポート３５の吸入側液溜室３２と吐出側液溜室３３に対する開口端であり、圧電振動子１０（円形凹部３１）の中心から離れた側に偏心させて、吸入側液溜室３２と吐出側液溜室３３に開口している。
【００１７】
この吸入側液溜室３２とポンプ室Ｐ、吐出側液溜室３３とポンプ室Ｐとの間にはそれぞれ、吸入側アンブレラ（吸入側逆止弁）３６と吐出側アンブレラ（吐出側逆止弁）３７が設けられている。吸入側アンブレラ３６は、吸入側液溜室３２からポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁であり、吐出側アンブレラ３７は、ポンプ室Ｐから吐出側液溜室３３への流体流を許してその逆の流体流を許さない吐出側逆止弁である。
【００１８】
吸入側と吐出側のアンブレラ３６、３７は、同一（対称）構造であり、平面円形の傘部３６ａ、３７ａと、この傘部の中心の軸部３６ｂ、３７ｂとを備えている。弁座基板３６ｃ、３７ｃには、この軸部３６ｂ、３７ｂを受け入れて支持する軸孔３６ｄ、３７ｄと、この軸孔３６ｄ、３７ｄの周囲に位置する流路孔３６ｅ、３７ｅが穿設されており、これらの流路孔３６ｅ、３７ｅが傘部３６ａ、３７ａによって覆われている。
【００１９】
図３及び図４は、例えば以上のように用いられる圧電振動子１０に対する配線構造の実施形態を示している。シム１０ａは、径方向に突出する配線接続突起１０ｄを有しており、この配線接続突起１０ｄに、一対のリード部材の一方のリード部材１５が半田１６によって接続されている（図３）。このシム１０ａ上に全面的に導通するように接着された圧電体１０ｂには、その表面（露出面）に、平面円形をなすＡｕ膜状電極１０ｃが全面的に形成されている。Ａｕ膜状電極１０ｃは、Ａｕの有機化合物とガラス成分とを有するＡｕ導電性ペーストを印刷及び焼成して形成したもので、膜厚ｄ１が０．１〜０．５μｍ程度と非常に小さく、圧電体１０ｂの振動を拘束しない。このＡｕ膜状電極１０ｃによると、Ａｕが化学的に安定していてイオンマイグレーションの生じにくい性質を有していることから、長期の使用による接続不良の問題を回避できる。
【００２０】
Ａｕ膜状電極１０ｃの上には、その周縁部に位置させて、リード部材接続電極１０ｅが局所的に形成されており、このリード部材接続電極１０ｅに、一対のリード部材の他方のリード部材１７が半田１８によって接続されている。リード部材接続電極１０ｅは、Ａｇを含むＡｇ系導電性ペーストを印刷及び焼成して形成したＡｇ電極やＡｇＰｄ電極、あるいは、Ｎｉ，Ｃｕ、Ｃｒの１種または２種以上の合金を含む導電性ペーストを印刷及び焼成して形成したＮｉ電極、Ｃｒ電極、Ｃｕ電極、ＮｉＣｒ電極、ＮｉＣｕ電極、ＣｒＣｕ電極、ＮｉＣｒＣｕ電極等である。圧電体１０ｂの変位量は圧電体中心から径方向に離れるにしたがって小さくなるから、リード部材接続電極１０ｅは、Ａｕ膜状電極１０ｃの周縁部に位置することで、圧電体１０ｂの振動に関与せず、その膜厚ｄ２をＡｕ膜状電極１０ｃの膜厚ｄ１より大きく設定可能である。またリード部材接続電極１０ｅは、半田付けに必要な最小限の大きさ（平面形状）で備えられており、本実施形態では直径１ｍｍ程度の平面円形状としてある。このリード部材接続電極１０ｅによると、Ａｕに比べて半田食われが少なく、且つ、Ａｕ膜状電極１０ｅより厚膜で備えられていることから、リード部材１７との半田接合時に半田１８中にリード部材接続電極１０ｅの元素が溶け出しても該リード部材接続電極１０ｅは残存し、Ａｕ膜状電極１０ｃとリード部材１７を容易に導通接続することができる。別言すれば、半田接合前のリード部材接続電極１０ｅの膜厚ｄ２は、半田接合後もリード部材接続電極１０ｅが残存するように、１〜１０μｍ程度に設定する。リード部材接続電極１０ｅは、イオンマイグレーション耐性の低いＡｇを含有している場合でも、上述したように圧電体１０ｂの変位量が小さい周縁部に局所的に備えられているので、イオンマイグレーションは生じにくく、長期の使用による接続不良の問題を回避できる。
【００２１】
一対のリード部材１５、１７は、線材やＦＰＣ、板状の金属部材により構成することができる。
【００２２】
次に、図５を参照し、圧電振動子１０の配線方法について説明する。
【００２３】
先ず、圧電体１０ｂの表面（露出面）にＡｕ導電性ペーストをスクリーン印刷等により全面的に塗布し（Ｓ１）、続いて焼成して（Ｓ２）、Ａｕ膜状電極１０ｃを形成する。
【００２４】
Ａｕ導電性ペーストは、溶媒中に、Ａｕの有機化合物と平均粒径１μｍ以下のガラス成分とを有する導電性ペーストである。ここで、Ａｕの有機化合物は、例えばＣｎＨｍＣＯＯ−Ａｕ（ｎは０以上、ｍは１以上）の化学式で示される脂肪酸金であって、低級脂肪酸、高級脂肪酸の別を問わない。また、炭素数は特に限定されるものではない。具体的には、ギ酸金、酢酸金、カプリル酸金等で形成される。直鎖の脂肪酸金のみならず分枝の脂肪酸金、環状脂肪酸金等であってもよい。ただし、Ａｕの有機化合物は、脂肪酸金に限定されるものではない。このＡｕの有機化合物は、溶媒中に均一に分散し溶解した状態であるレジネートにより構成されている。ガラス成分の材質は、特に限定されるものではなく、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、フッ化物ガラス等の周知の組成物を使用できる。溶媒は、脂肪族アルコール、アルコールエステル、カルビトール等を使用できるが、特に材質を限定するものではない。Ａｕ導電性ペーストの焼成温度は、Ａｕの有機化合物とガラス成分とが溶融する温度、具体的には６００〜７００℃程度である。焼成により有機物が熱分解して蒸発するとともにガラス成分が溶融するために、焼成後のＡｕ膜状電極１０ｃの膜厚ｄ１は、焼成前のＡｕ導電ペーストの膜厚に対し、数百分の一〜数十分の一程度に薄くなる。本実施形態では、Ａｕ膜状電極１０ｃの膜厚ｄ１が０．１〜０．５μｍ程度となるように、焼成前のＡｕ導電性ペーストの膜厚を調整する。
【００２５】
次に、Ａｕ膜状電極１０ｃの周縁部の一部であるリード部材接続部上に、Ａｇ系導電性ペーストをスクリーン印刷等により平面円形状に塗布し（Ｓ３）、続いて焼成して（Ｓ４）、平面円形状のリード部材接続電極１０ｅを形成する。このリード部材接続電極１０ｅは半田付けに必要な最小源の大きさで形成することが好ましく、本実施形態では、焼成後に直径１ｍｍ程度の平面円形状となるように、Ａｇ系導電性ペーストの塗布領域を設定してある。Ａｇ系導電性ペーストは、溶媒中に、例えばＡｇやＡｇＰｄ等の少なくともＡｇを有するＡｇ系電極材料を含む導電性ペーストである。溶媒は、エタノール等を使用できるが、特に材質を限定しない。Ａｇ系導電性ペーストの焼成温度は６５０℃程度である。Ａｇ系電極１０ｅの膜厚ｄ２は、焼成によりＡｇ系導電性ペースト中の有機物が熱分解して蒸発するために、焼成前のＡｇ系導電性ペーストの膜厚より小さくなる。本実施形態では、Ａｇ系電極１０ｅの膜厚ｄ２が半田接合に十分な１〜１０μｍ程度となるように、焼成前のＡｇ系導電性ペーストの膜厚を調整する。リード部材接続電極は、Ａｇ系導電性ペーストのほかに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金を含む導電性ペーストを使用して形成しても良い。
【００２６】
続いて、リード部材接続電極１０ｅに、一対のリード部材の他方のリード部材１７を半田付けする（Ｓ５）。この半田付け工程では、リード部材接続電極１０ｅ上に他方のリード部材１７を設置し、この設置した状態で半田１８を溶融させる。半田１８には、例えば千住金属製Ｍ７０５等ＳｎＡｇＣｕより形成されたＰｂフリー半田を用いることができる。この溶融させた半田１８中には該半田１８と反応してリード部材接続電極１０ｅの元素が溶け出すが、上述したようにリード部材接続電極１０ｅは、１〜１０μｍ程度と半田接合可能な膜厚で形成されているので、半田接合後も残存し、半田食われによる断線は生じない。このようにリード部材接続電極１０ｅを用いれば、薄膜であるために半田付け不可能なＡｕ膜状電極１０ｅに対し、他方のリード部材１７を導通接続させることができる。半田１８には、上記ＳｎＡｇＣｕ系の半田に限らず、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＺｎＡｌ系、ＳｎＣｕＮｉ系、ＰｂＳｎ系等種々の半田を使用することが可能である。
【００２７】
ここまでの工程により、圧電体１０ｂと他方のリード部材１７とが導通接続する。
【００２８】
続いて、シム１０ａの圧電体１０ｂとは反対側の面に、配線接続突起１０ｄに位置させて、一対のリード部材の一方のリード部材１５を半田付けする（Ｓ６）。すなわち、配線接続突起１０ｄ上に一方のリード部材１５を設置し、この設置した状態で半田１６を溶融及び再固化させる。これにより、シム１０ａと一方のリード部材１５とが導通接続する。
【００２９】
以上により、圧電振動子１０への配線接続が完成する。圧電体１０ｂへの配線接続（Ｓ５）とシム１０ａに対する配線接続（Ｓ６）とは、順不同である。
【００３０】
上記圧電ポンプ１００において、圧電振動子１０は、駆動基板４０から一対のリード部材１５、１７を介してシム１０ａと圧電体１０ｂの間に交番電界が印加されることにより、平面円形の中央部分の振幅が最も大きくなるように振動する。すると、ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、吸入側アンブレラ３６の傘部３６ａが弁座基板３６ｃから離れる方向に弾性変形して流路孔３６ｅが開き、吐出側アンブレラ３６の傘部３６ａが弁座基板３６ｃに密着して流路孔３６ｅを閉じるため、吸入ポート３４、吸入側液溜室３２からポンプ室Ｐ内に液体が流入する。一方、ポンプ室Ｐの容積が縮小する行程では、吐出側アンブレラ３６の傘部３６ａが流路孔３６ｅを開き、吸入側アンブレラ３６の傘部３６ａが流路孔３６ｅを閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出側液溜室３３、吐出ポート３５に液体が流出する。したがって、圧電振動子１０を正逆に連続させて弾性変形させる（振動させる）ことで、ポンプ作用が得られる。
【００３１】
このポンプ作用中、振動する圧電体１０ｂに対する給電は、Ａｕ膜状電極１０ｃ上のリード部材接続電極１０ｅに半田付けされたリード部材１７を介して行われるため、長期に渡り、高い接続信頼性を得ることができる。
【００３２】
以上の実施形態は、ユニモルフ型の圧電振動子１０の配線構造及び配線方法に本発明を適用したものであるが、本発明の配線構造及び配線方法は、シムの表裏面に圧電体を備えるバイモルフ型の圧電振動子にも適用可能である。また、液体圧電ポンプ用の圧電振動子のみならず、気体ポンプ用の圧電振動子にも本発明の配線構造及び配線方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】圧電振動子を有する圧電ポンプの一例を示す分解斜視図である。
【図２】同縦断面図である。
【図３】圧電振動子の圧電体（膜状電極）に対するリード部材の配線構造を示す断面図である。
【図４】圧電振動子の圧電体（膜状電極）に対するリード部材の配線構造を示す上面図である。
【図５】圧電振動子の配線接続方法の一例を示す工程フローである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  圧電振動子
１０ａ  シム
１０ｂ  圧電体
１０ｃ  Ａｕ膜状電極
１０ｄ  配線接続突起
１０ｅ  リード部材接続電極
１５  リード部材
１６  半田
１７  リード部材
１８  半田
２０  アッパハウジング
３０  ロアハウジング
３１  円形凹部
３２  吸入側液溜室
３３  吐出側液溜室
３４  吸入ポート
３５  吐出ポート
３６  吸入側アンブレラ
３７  吐出側アンブレラ
Ｐ  ポンプ室
【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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