(57)【要約】【課題】圧電振動素子を容器に保持する導電性接着剤からのガスの放散自体を阻止することにより、圧電振動素子の電極へのシロキサンガスの附着に伴う振動子特性劣化を防止すること。【解決手段】圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した圧電振動子において、前記導電性接着剤の表面に液状無機質材をコーティングして固化させた被覆層を設ける。コーティング剤には液体ガラスを用いればよく、導電性接着剤からのアウトガスによるエージングを防止できる。ポーラスなコーティング層でもアウトガス分子より小さい径を有するものであれば有効である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した圧電振動子において、前記導電性接着剤の表面に液状無機質材をコーティングして被覆層を設けてなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記液状無機質材は液状ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記導電性接着剤の周囲を囲む溝を前記容器の振動素子搭載面に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記導電性接着剤の周囲に位置して前記圧電振動素子側に切欠溝を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記圧電振動素子における導電性接着剤と接触する電極を厚肉として周囲電極面との段差を形成させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動子。
【請求項６】
圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した圧電振動子において、当該導電性接着剤からのアウトガス分子サイズを上限値とする孔径をもつ多孔質の無機質コーティング層によって、前記導電性接着剤の表面を被覆してなることを特徴とする圧電振動子。
【請求項７】
前記請求項１または６に記載の容器に発振回路部品を搭載したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項８】
金属電極被膜を有する圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した後、前記導電性接着剤の外表面に液状ガラスをコーティングし、乾燥させて固化させたガラスコーティング層を形成することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動子、圧電発振器、および圧電振動子の製造方法に係り、特に絶縁容器内に圧電振動素子を導電性接着剤により実装搭載し、前記容器をリッドにより密封した場合の前記導電性接着剤からのアウトガスによる悪影響を改善した圧電振動子およびその製造方法、並びに圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧電発振器（水晶発振器）は、圧電基板に励振電極を形成した圧電振動素子を用いており、斯かる圧電振動素子を導電性接着剤により絶縁容器内に実装搭載して容器をリッドで密閉した圧電振動子に、発振回路を接続した構造を採用する。従来の圧電振動子を用いた発振器の構造例を図１４に示す。図示のように、従来の圧電発振器１は、上部と下部に凹所２，３を形成して断面がＨ型とされたセラミック容器４を備え、このセラミック容器４の底面部分には実装端子５を設けた構成となっている。上部凹所２には圧電振動素子６が搭載され、これは凹所の底面より１段高く形成された素子搭載面７上に設けている内部パッド８に、圧電振動素子６の一端部側に延びた励振電極用接続端子を導電性接着剤１０により接着し、片持ち状態で搭載する構成とされる。上部凹所はリッド１１により密閉封止される。また、下部凹所３には発振回路を構成するＩＣ部品１２がその天井面に設けた下部パッド１３と接続されて実装される。そして、この下部パッド１３は上記内部パッド８とともに前記実装端子５と電気的に接続される。
【０００３】
ところで、上記圧電発振器を構成する圧電振動子は、振動素子を導電性接着剤でセラミック容器内に保持しつつ、リッドで気密封止される構造を採用しているが、セラミック容器に気密封止されている圧電振動子の共振周波数が時間経過とともに低下する現象が確認されている。このような現象は、圧電振動子の製造段階で周波数特性の調整を行っても、これをアッセンブリする際には周波数が低下してしまうという問題を生じる。
【０００４】
このような周波数低下の原因は明確となっていないが、導電性接着剤から経時的に少しずつガスが放出され、このガス中のシロキサンが励振電極と反応して周波数特性を悪くすると認識されている。例えば特許文献１では、振動子の経年的な周波数低下現象の発生原因は、電極を構成する金属膜の表層で発生する酸化現象であると捉えている。また、特許文献２では、導電性接着剤や容器接着用低融点ガラスに含まれるガスが励振電極の銀と反応してしまうからであるとしている。
【０００５】
このような特性劣化に対処するため、前者特許文献１に記載の技術では励振電極の表層に酸化層あるいは炭化層からなる保護層を設けて、経年的な酸化による質量増加による周波数低下現象を抑制しようとしている。また、後者の特許文献２に記載の技術では、電極膜の表層を被うニッケル被覆層を設け、導電性接着剤からのアウトガスが直接に電極膜の金または銀と反応することがないようにしている。
【特許文献１】特開平７−１５４１８７号公報
【特許文献２】特開平６−１１２７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、電極面に保護膜をつけてしまうと圧電振動子の特性が劣化してしまうという問題がある。圧電振動子は目的の共振周波数に精度良く合わせる必要があるため、特性調整が行われるが、その調整すべき振動子表面に保護膜を形成することは異物を附着させることに等しく、振動子特性を悪化させることはあっても向上させることは無い。
【０００７】
また、電極膜の表面に保護膜を形成する場合、特許文献１に記載のように、スパッタ成膜を行う場合はポーラスな膜であるため、アウトガス分子が電極表面に貫通しないように厚く成膜するのは大きな課題である。また、特許文献２に記載のように、電極膜をサンドイッチするように下地膜と表層膜からなる三層構造とすることは工程的に困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に着目し、圧電振動素子を容器に保持する導電性接着剤からのガスの放散自体を阻止することにより、圧電振動素子の電極へのシロキサンガスの附着に伴う振動子特性劣化を防止することを課題としている。    
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る圧電振動子は、圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した圧電振動子において、前記導電性接着剤の表面に液状無機質材を塗布して固化させた被覆層を設けてなることを特徴とする。前記液状無機質材として液状ガラスを用いることができる。
【００１０】
また、前記導電性接着剤の周囲を囲む溝を前記容器の振動素子搭載面に形成することにより前記液状無機質材の塗布液の流れ止めをなすようにすればよい。あるいは、前記導電性接着剤の周囲に位置して前記圧電振動素子側に切欠溝を設けて前記液状無機質材の塗布液の流れ止めをなすことを併用するか、あるいは独立して行うようにしてもよい。
【００１１】
更に、前記圧電振動素子における導電性接着剤との接触電極肉厚を厚肉として周囲電極面との段差を形成させ、前記液状無機質材の塗布液の圧電振動子電極側への流れ止めをなすようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る圧電振動子は、圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した圧電振動子において、当該導電性接着剤からのアウトガス分子サイズを上限値とする孔径をもつ多孔質の無機質コーティング層によって、前記導電性接着剤の表面を被覆してなることを特徴とする。
本発明に係る圧電発振器は、上述した構成の圧電振動子発振回路部品を搭載したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る圧電振動子の製造方法は、金属電極被膜を有する圧電振動素子を導電性接着剤により容器内に保持した後、前記導電性接着剤の外表面に液状ガラスをコーティングし、乾燥させて固化させたガラスコーティング層を形成することを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、気密密閉された容器内に導電性接着剤で保持されている圧電振動素子を有する圧電振動子では、密閉空間内内部で導電性接着剤表面が無機質コーティング層で被覆され、空間への露出が防止される。これにより、導電性接着剤からのアウトガス放散が阻止され、圧電振動素子の電極膜表面へのシロキサンの附着が防止されることになる。よって、エージングによる周波数低下といった特性劣化が防止されるのである。更に、無機質コーティング層は液状無機質材を用いてシリンジなどの塗布手段で簡単に形成することができ、振動素子自体への付加的な加工を施すことなく、製造工程上の不具合は生じない。液状無機質材を塗布するに際して、導電性接着剤の周辺領域に対応する容器や振動素子に溝を形成したり、振動素子のパッド電極を厚くするなどの処理を行えば、表面張力による電極面への這い上がり現象を防止でき、不必要な個所への附着に伴う特性劣化を有効的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る圧電振動子、圧電発振器、および圧電振動子の製造方法についての具体的実施の形態を、図面を参照して、詳細に説明する。
【００１６】
図１は実施形態に係る圧電発振器の断面図であり、図２は圧電発振器２０のリッドを外した平面図、図３は圧電振動素子の接着部拡大平面図である。
これらの図に示すように、実施形態に係る圧電発振器２０は、図１３に示した従来例と同様に、上部と下部に凹所２２，２４を形成して断面がＨ型とされたセラミック容器２６を備え、このセラミック容器２６の底面部分には実装端子２８を設けた構成となっている。上部凹所２２には圧電振動素子３０が搭載され、これは凹所２２の底面より１段高く形成された素子搭載面３２が形成されている。この素子搭載面３２上に設けている内部パッド３４に、圧電振動素子３０の一端部側に延び、励振電極３６と電気的に接続されている接続端子３７を導電性接着剤３８により接着し、圧電振動素子３０を片持ち状態でセラミック容器２６内に搭載する構成とされる。圧電振動素子３０の収容空間を形成する上部凹所２２はリッド４０により密閉封止される。また、下部凹所２４には発振回路を構成するＩＣ部品４２がその天井面に設けた下部パッド４４と接続されて実装される。この下部パッド４４は上記内部パッド３４とともに前記セラミック容器２６の底面に形成した実装端子２８と電気的に接続されている。
【００１７】
このような構成において、本実施形態に係る圧電発振器２０では、セラミック容器２６の上部凹所２２内に導電性接着剤３８により圧電振動素子３０を片持ち状態で保持されるが、この保持のための導電性接着剤３８の表面に液状無機質材を塗布して固化させたコーティング層４６を設けた構造とされる。より具体的には、液体ガラスを塗布し、これを加熱して固化させたガラスコーティング層４６を導電性接着剤３８の表層面に形成したものである。液体ガラスは乾燥により固化するが、通常は加熱するため、この温度が低いものが望ましい。これは圧電振動素子３０を導電性接着剤３８により保持させた後にガラスコーティングを施すので、振動素子や接着剤への熱的影響が出ない温度でガラス化するものであればよい。例えば常温でガラス化するものが望ましく、ヒートレスグラス（株式会社日興製のHEATLESS GLASS GS-600シリーズ）を用いることができる。これをシリンジに詰め込み、接着剤を塗布する場合と同様の要領で、上記導電性接着剤３８の表層にコーティングするのである。このようにすることで、図１〜図３に示されているように、導電性接着剤３８と圧電振動素子３０との間に位置し、導電性接着剤３８の全体表面を被うガラスコーティング層４６が出来上がる。
【００１８】
このような圧電発振器の製造は次のように行われる。セラミック容器２６を準備し、上部凹所２２の素子搭載面３２の規定個所に導電性接着剤３８を塗布する。搭載すべき圧電振動素子３０は、その励振電極の接続端子３７を、導電性接着剤３８に当たるように接近させ、励振電極３６を有する圧電振動素子３０がセラミック容器２６内に片持ち状態に保持される。次いで、圧電振動素子３０を導電性接着剤３８によりセラミック容器２６内に保持した後、前記導電性接着剤３８の外表面に液状ガラスをコーティングする。これは、上記導電性接着剤３８に用いられるシリンジと同様なシリンジを用い、これに液状ガラスを入れておき、上述の圧電振動素子３０の実装の後、導電性接着剤の表層面にコーティングする。これを乾燥させて固化させたガラスコーティング層４６が形成される。
【００１９】
このようなガラスコーティング層４６を形成した後、窒素ガス雰囲気下において、金属リッド４０をセラミック容器２６の上面に被せ、上部凹所２２を密閉封止する。これによって圧電振動子部分が完成する。
【００２０】
次いで、セラミック容器２６の下部凹所２４の天井面に予め設けた下部パッド４４に対して発振回路を有するＩＣ部品４２を実装し、下部パッド４４と実装端子２８との電気的な接続を行うことで、全体としての圧電発振器２０が完成する。
【００２１】
このような実施形態によれば、導電性接着剤３８の表層面がガラスコーティング層４６によって覆われ、上部凹所２２に導電性接着剤３８が露出することがない。この結果、経時的に導電性接着剤３８表面から放出されているアウトガスはガラスコーティング層４６によって遮蔽され、密閉されている上部凹所２２内に保持されている圧電振動素子３０の励振電極３６の表面にシロキサンが附着するようなことはない。この結果、エージングによる周波数低下といった特性を悪化させることが生じない製品とすることができる。また、圧電振動素子への付帯的な膜形成など、特別な工程付加をなすことなく、アウトガスによるエージングの問題を解決することができる。
【００２２】
次に、図４、図５、図６に第２実施形態に係る圧電発振器２０Ａを示す。これらの図は第１実施形態を示している図１〜３に対応する。この第２実施形態に係る圧電発振器２０Ａは、セラミック容器２６における素子搭載面３２にて、前記導電性接着剤の周囲を囲む溝５２を備えている点が第１実施形態と異なるだけである。この溝５２は、上述した液体ガラスを導電性接着剤３８の表面にコーティングする際、液状ガラスの流れ止めを行わせ、特に狭い空間で相互に近接している面を這い上がって、励振電極３６に附着することを防止する。この溝５２は図示の例では矩形であるが、任意の形状を採用できる。また溝５２の深さはコーティングする液体ガラスとの供給量に合わせればよく、導電性接着剤３８の露出面積部へのコーティング量よりも多く供給するので、この余分な量の液体ガラスを収容できる体積に設定することが望ましい。
【００２３】
このような第２実施形態では、内部パッドの四方に流れようとする液体ガラスをあたかも堀のように溝５２が流れ止めをなすので、コーティング剤としての液体ガラスが圧電振動素子３０の励振電極３６に這い上がることを防止できる。
【００２４】
図７は第３実施形態を示している。これはセラミック容器２６の素子搭載面３２に第２実施形態の場合と同様に溝５２を形成するが、同時に圧電振動素子３０側に、前記溝５２と同様な役目をなす切欠溝５４を形成したものである。すなわち、前記導電性接着剤３８には圧電振動素子３０の接続端子３７が接続されるが、当該接続端子３７の周囲に段差面を形成するように、圧電基板５６の側縁に第１の切欠溝５４Ａを設け、一対の接続端子３７間を分離するように第２の切欠溝５４Ｂを設けるようにしている。
【００２５】
また、図８は第４実施形態を示しており、これでは、特に圧電振動素子３０の裏面（接着面側）に励振電極３６へ液体ガラスの流れ込みを防止する分断溝５８（薄型化に反するが、凸条でもよい）を形成するようにしている。
【００２６】
上記図７、図８のように、導電性接着剤３８の周囲に位置して、圧電振動素子３０側に切欠溝５４を付け、あるいは分断溝５８を形成する構成を採用すれば、液体ガラスのコーティング時にこの溶液が振動素子の励振電極３６に這い上がって附着固化することを防止することができる。
【００２７】
図９〜図１０に第５実施形態を示す。これは、上述の液体ガラスの流れ込み防止が溝構造であったのに対し、この実施形態では圧電振動素子３０の接続端子３７の肉厚を厚くした厚肉端子６０として、いわゆる壁構造として対処している。液体ガラスをコーティングした際、接続端子３７の側壁面を表面張力によって這い上がることができなければ、当然ながら励振電極３６へは到達しない。そこで、接続端子を液体ガラスが這い上がることができない程度の高さをもつような厚肉端子６０とするのである。
【００２８】
なお、上述した溝５２、切欠溝５４や分断溝５８あるいは厚肉端子６０は単独構成として用いることも併用構成として用いることもできることは当然である。
【００２９】
また、コーティング層４６は、液体ガラスを用いるようにしているが、これは経時的にガスが放散されない非ポーラスな液体無機質材を用いることができる。もちろんポーラスであっても、導電性接着剤３８のアウトガス分子より小さい径を有するポーラス無機質材を用いることができる。この例を図１１〜図１３に示す。すなわち、図１１に示すように、容器の素子搭載面に形成されている水晶搭載パッド（内部パッド）３４に導電性接着剤３８を覆うようにポーラスコーティング層６２を形成する。経時的に導電性接着剤３８からアウトガス分子６４が放出され、図１２に示すように、導電性接着剤３８の表層面に至ってポーラスコーティング層６２の内表面部に達する。図１３に示されるように、アウトガスの分子サイズＤよりもポーラス部６６の径ｄが小さければ、アウトガス分子６４はポーラスコーティング層６２の内部に留まり、外部に放散されない。したがって、導電性のない無機質材を蒸着などにより導電性接着剤３８の表面に対し、ポーラス部６６の径がアウトガス分子６４の径より小さくなるまで積層附着させることによって、アウトガスによるエージングを防止できる。
【００３０】
このように構成することにより、導電性接着剤３８からのアウトガス自体の放散を防止することができ、エージングによる周波数低下といった特性劣化現象を防止することができる。
本発明は圧電振動子やこれを用いた発振器その他の製品製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施形態に係る圧電発振器の断面図である。
【図２】同圧電発振器のリッドを外した状態の平面図である。
【図３】同圧電発振器における圧電振動素子の接着部拡大平面図である。
【図４】第２実施形態に係る圧電発振器の断面図である。
【図５】第２実施形態に係る圧電発振器のリッドを外した状態の平面図である。
【図６】第２実施形態に係る圧電発振器における圧電振動素子の接着部拡大平面図である。
【図７】第３実施形態に係る圧電振動子の部分分解斜視図である。
【図８】第４実施形態に係る圧電振動子の部分断面図である。
【図９】第５実施形態に係る圧電振動素子の斜視図である。
【図１０】同振動素子の容器への保持状態を示す部分断面図である。
【図１１】第６実施形態の要部断面図である。
【図１２】図１１の要部拡大断面図である。
【図１３】図１１の作用説明図である。
【図１４】従来の圧電発振器の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０………圧電発振器、２２………上部凹所、２４………下部凹所、２６………セラミック容器、２８………実装端子、３０………圧電振動素子、３２………素子搭載面、３４………内部パッド、３６………励振電極、３７………接続端子、３８………導電性接着剤、４０………リッド、４２………ＩＣ部品、４４………下部パッド、４６………コーティング層、５２………溝、５４………切欠溝、５４Ａ………第１切欠溝、５４Ｂ………第２切欠溝、５６………圧電基板、５８………分断溝、６０………厚肉端子、６２………ポーラスコーティング層、６４………アウトガス分子、６６………ポーラス部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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