(57)【要約】【課題】耐衝撃性を向上させるとともに、超小型化に対応しかつ効率よく製造することのできる圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】電子部品用パッケージ１は、アルミナ等のセラミックスからなるパッケージ本体に必要な電極が形成されたセラミックパッケージ構成であり、全体として直方体形状で、断面で見て凹形の電子部品素子収納部１ａを有している。電子部品用パッケージ１の内部接続電極非形成側（長辺方向他端）には、膜状に形成されたシリコーン樹脂からなり、平面で見て楕円形状の補助支持部４が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる平面視長方形のパッケージ本体と、パッケージ本体の長辺方向一端側に並列して形成された複数の電極接続部と、前記電極接続部に導電性接合材により一端側を片持ち支持される励振電極形成された圧電振動素子と、前記圧電振動素子の他端側の下方であって、パッケージ本体の長辺方向他端側に形成された補助支持部と、前記パッケージ本体と気密接合されるリッドと、を具備した圧電振動デバイスにおいて、
前記導電性接合材と補助支持部の母材がシリコーン樹脂からなることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記圧電振動素子が一対の振動腕とこれを連結する基部とからなる音叉形圧電振動素子であり、前記各振動腕の自由端の先端部分に周波数調整用の金属膜領域を形成するとともに、前記基部にて前記電極接続部と接合する片持ち支持構成において、少なくとも前記金属膜領域の下方に前記補助支持部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電振動デバイス。
【請求項３】
前記圧電振動素子の他端側の上方に位置するリッド部分に、シリコーン樹脂からなる緩衝部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の圧電振動デバイス。
【請求項４】
補助支持部がシリコーン樹脂のみからなる膜状構成であることを特徴とする請求項１または２または３記載の圧電振動デバイス。
【請求項５】
パッケージ本体に形成された補助支持部の高さが前記電極接続部の高さの１／４〜１／２の高さであ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デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器等に用いられる水晶振動子、水晶発振器等の圧電振動デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動デバイスは、例えば内部配線の施されたセミックパッケージに、励振電極形成された水晶振動素子を格納し、これを気密的に収納した水晶振動子構成がよく採用されている。最近の水晶振動子は超小型化が急速に進み、パッケージ内部に収納される水晶振動素子も超小型化が進んでいる。このような超小型の水晶振動素子は例えばＡＴカット水晶板でかつ平面視長方形状のものが汎用されているが、その振動領域を確保するために長方形状の長辺方向の一端のみを支持領域として用い、他端は自由端とすることが多かった。また前記圧電振動素子に一対の振動腕とこれを連結する基部とからなる音叉型水晶振動素子を用いた場合も、前記基部を支持領域とし、振動腕側を自由端とする構成が一般的に用いられている。
【０００３】
このような片持ち支持構成においては、パッケージも受けられた電極接続部に導電性接合材で接合する際に、水晶振動素子の自由端側がパッケージ本体の内部底面に接するよう斜めに傾き、当該内部底面と平行に片持ち支持できないことがあった。このような不具合を解決するために、特開平３−８８３７３号（特許文献１）においては、圧電片の自由端側となる他端部の下方に枕材を設けた構成が提案されている。特開平３−８８３７３号においては、絶縁性の底板と、この底板の一側板面に設けた少なくとも一対の保持電極と、板面に形成した励振電極を一端部に導出してこの導出端を上記保持電極に導電接着剤で固着するとともに電気的に導通させた圧電片と、この圧電片の他端部に対応して上記底板の一側面に設けた枕部材とを有する構成であり、この枕材により自由端側の変位を抑制することができるという効果を得ていた。
【０００４】
しかしながら、特開平３−８８３７３号において上記枕材は例えばメタライズ処理等により形成されたものが開示されているが、このような構成は堅く、弾性による緩衝機能を有しないものであった。このため外部から圧電振動子に対して大きな衝撃が加えられたとき、当該衝撃を枕材が吸収しきれないため、水晶振動素子が破損することがあった。
【０００５】
また最近は超小型に呼応して超薄型化も進んでおり、枕材も薄型化が求められている。特に水晶振動素子の支持において自由端を形成するために電極接続部の厚さよりも薄い枕材が必要となるが、このような構成を積層技術により製造するには精緻な製造が必要であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−８８３７３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、耐衝撃性を向上させるとともに、超小型化に対応しかつ効率よく製造することのできる圧電振動デバイスを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は圧電振動素子の一端を保持する導電接合材と圧電振動素子の他端の下方に位置する補助接続部を構成する母材にシリコーン樹脂を用いたことを特徴としており、次のような構成により実現することができる。
【０００９】
請求項１による圧電振動デバイスは、絶縁材料からなる平面視長方形のパッケージ本体と、パッケージ本体の長辺方向一端側に並列して形成された複数の電極接続部と、前記電極接続部に導電性接合材により一端側を片持ち支持される励振電極形成された圧電振動素子と、前記圧電振動素子の他端側の下方であって、パッケージ本体の長辺方向他端側に形成された緩衝機能を有する補助支持部とを具備し、前記導電性接合材と補助支持部の母材がシリコーン樹脂からなることを特徴としている。
【００１０】
導電性接合材はシリコーン樹脂を母材として、接着部位への接着材の供給が容易で、かつ供給後の取扱いに優れた粘性、チクソ性を有するように結合材等を添加するとともに、金属片あるいは金属粒等の導電フィラーを添加することににより得られる。また補助支持部はシリコーン樹脂の母材のみを塗布する。このシリコーン樹脂は重合度、側基の種類、橋かけの程度などによって液状、グリース状、ゴム状、樹脂状のものに調整することができ、また添加剤によっても特性を調整することができるが、このような調整により補助支持部の高さ並びに形状を調整することができる。
【００１１】
上記構成によれば、補助支持部に緩衝機能を有するシリコーン樹脂を用いているため、圧電振動デバイスに衝撃が加わり、内部の圧電振動素子の自由端がパッケージ本体に強く当たった場合でも、シリコーン樹脂の緩衝機能により、圧電振動デバイスが破損したり、あるいは圧電振動デバイスに形成された電極材料の一部が剥がれることが無くなる。これにより、上記破損や剥がれによる周波数等の特性が変動するという不具合の発生が無くなった。
【００１２】
また導電接合材と補助支持部との母材に同じシリコーン樹脂を用いることにより、樹脂の基本特性、例えば硬化条件、あるいは含有する不要なガスの排出条件等を概ね等しく扱うことができる。従って、余分な製造工程を必要とせず、特性の安定したコスト安の圧電振動デバイスを得ることができる。
【００１３】
請求項２は、請求項１の構成を基本として、前記圧電振動素子が一対の振動腕とこれを連結する基部とからなる音叉形圧電振動素子であり、前記各振動腕の自由端の先端部分に周波数調整用の金属膜領域を形成するとともに、前記基部にて前記電極接続部と接合する片持ち支持構成において、少なくとも前記金属膜領域の下方に前記補助支持部が形成されている構成を開示している。
【００１４】
音叉型振動子はその振動腕部自由端の先端部分に周波数調整用の金属膜領域が設けられている。従来においては外部衝撃により当該自由端がパッケージに接触した場合、その金属膜が剥がれることがあった。特に周波数調整用の金属膜は、その調整範囲を大きく取ることができるよう、付加された質量としては比較的大きく、剥がれた場合は大きな特性変動につながることがあった。請求項２においては、緩衝機能を有する補助支持部にシリコーン樹脂を用いているため、圧電振動デバイスに衝撃が加わり、内部の圧電振動素子の自由端がパッケージ本体に強く当たった場合でも、シリコーン樹脂の緩衝機能により、圧電振動デバイスが破損したり、あるいは圧電振動デバイスに形成された電極材料の一部が剥がれることが無くなる。これにより、上記破損や剥がれによる周波数等の特性が変動するという不具合の発生が無くなった。
【００１５】
請求項３は、リッド側にも緩衝部を設けた構成であり、請求項１または２記載の圧電振動デバイスにおいて、圧電振動素子の他端側の上方に位置するリッド部分に、シリコーン樹脂からなる緩衝部を形成した構成である。
【００１６】
請求項３によれば、リッド側に導電性接合材と同じ母材のシリコーン樹脂からなる緩衝部を形成しているので、パッケージ本体あるいはリッドに強く当たった場合でも、シリコーン樹脂の緩衝機能により、圧電振動デバイスが破損したり、あるいは圧電振動デバイスに形成された電極材料の一部が剥がれることが無くなる。これにより、上記破損や剥がれによる周波数等の特性が変動するという不具合の発生が無くなった。また導電接合材と補助支持部との母材に同じシリコーン樹脂を用いることにより、樹脂の基本特性、例えば硬化条件、あるいは含有する不要なガスの排出条件等を概ね等しく扱うことができる。従って、余分な製造工程を必要とせず、特性の安定したコスト安の圧電振動デバイスを得ることができる。
【００１７】
さらに請求項４に示すように、請求項１または２または３記載の圧電振動デバイスにおいて、補助支持部がシリコーン樹脂のみからなる膜状構成としてもよい。発明者が圧電振動素子として音叉型水晶振動素子を用いて鋭意耐衝撃性試験を行った結果、シリコーン樹脂の厚さは２０μｍ以上あれば緩衝機能を得るという結果を得た。検証実験に用いた音叉型水晶振動素子は、長辺寸法３．２ｍｍ、短辺寸法０．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍで、振動腕の幅寸法はそれぞれ０．２ｍｍであり、図４および図５に示すように、音叉型水晶振動素子の基部を支持した構成である。支持した状態において音叉型水晶振動素子と電子部品収納部の底面との間隔は１３０μｍに設定されている。このような圧電振動デバイスについて、補助支持部のシリコーン樹脂の厚さを変化させ、耐衝撃性について確認した。１０μｍの厚さでは試験後周波数変化が認められたが、２０μｍ以上になると実用上問題となる周波数変化は認められなかった。ただし、圧電振動素子の自由端との接触や圧電振動デバイスの低背化を考慮すると、あまり厚くすることは好ましくなく、１００μｍ以下に設定することが好ましい。なお、膜構成は上面が必ずしも平坦でなくでもよく、緩やかな錐形状であっても問題ない。
【００１８】
このような膜状のシリコーン樹脂の形成は、液状に調製されたシリコーン樹脂をパッケージ本体あるいはパッケージ本体とリッドに塗布し、これを乾燥硬化させることにより、比較的容易に形成することができる。
【００１９】
このように膜状構成のシリコーン樹脂を採用することにより、低背化に対応し、かつ耐衝撃性にも優れた圧電振動デバイスを得ることができる。
【００２０】
さらに、請求項５に示すように、請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電振動デバイスにおいて、パッケージ本体に形成された補助支持部の高さが前記電極接続部の高さの１／４〜２／３の高さであることを特徴とする構成としてもよい。
【００２１】
補助支持部は、定常状態において圧電振動デバイスの自由端と接しない程度に接触電極接続部と高さを可能な限り等しくすることが望ましい。しかしながら補助支持部はシリコーン樹脂により形成することから、どうしてもその厚さにバラツキが生じる。一方、補助支持部が薄すぎると、圧電振動素子を電極接続部に搭載する際、自由端側が下がりすぎることにより、適切な接着が行われない可能性があり、また自由端が強い衝撃でパッケージやリッドに接触した際、緩衝機能が得られない場合がある。上述の範囲以外、すなわち補助支持部の高さが前記電極接続部の高さの１／４以下の場合は、適切な接着が行われないことがあったり、あるいは充分な緩衝機能が得られない場合があり、また２／３以上の厚さの場合は、シリコーン樹脂の厚さバラツキにより圧電振動素子が発振しない等の不具合の生じることがあったが、請求項５の範囲においては良好な特性を確保することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による第１の実施の形態を図１から図５とともに説明する。図１は本実施の形態を示す電子部品用パッケージの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、リッドにて封止した状態の内部構造を示している。また図３は図１の電子部品用パッケージの底面図であり、図４は当該電子部品用パッケージに圧電振動素子を搭載した場合の平面図、図５は図１のＢ−Ｂ断面図であり、リッドにて封止した状態の内部構造を示している。
【００２３】
電子部品用パッケージ１は、アルミナ等のセラミックスからなるパッケージ本体に必要な電極が形成されたセラミックパッケージ構成であり、全体として直方体形状で、断面で見て凹形の電子部品素子収納部１ａを有している。電子部品素子収納部１ａの周囲には堤部１０が形成され、当該堤部１０の上面には周状の金属層１１が形成されている。電子部品用パッケージ１の外周の４角には上下にキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されている。また電子部品用パッケージ１内部の電子部品搭載面には電極接続部となる内部接続電極１２，１３が長辺方向の一端側に、短辺方向に並んで形成されるとともに、内部接続電極以外のパッケージ内部においては一段下った空間を形成している。内部接続電極１２は長辺方向の一端のパッケージ外部に導出され外部接続電極１２１と図示しない引出電極を介して電気的接続されている。またこの内部接続電極１２にはダミー電極１２ａが接続されており、電子部品用パッケージ内部の電子部品搭載面下方において長辺方向の他端近傍まで伸長されている。
【００２４】
内部電極１３は長辺方向他端のパッケージ外部に導出され、外部接続電極１３１と引出電極１３ａを介して接続している。前述のダミー電極１２ａは当該引出電極１３ａのサイズにほぼ合致するように設定されており、これにより内部接続電極１２から外部接続電極１２１にいたる間の静電容量と、内部接続電極１３から外部接続電極１３１にいたる間の静電容量がほぼ等しくなるようになっている。これらダミー電極１２ａと引出電極１３ａは、セラミックスとメタライズ層の積層技術により、電子部品素子収納部１ａの下方であって電子部品用パッケージ１の内部に形成されている。また図３に示すようにパッケージ底面においては外部接続電極１２１，１３１が長辺方向の両端にそれぞれ配置されており、その一部が前記キャスタレーション部分に伸長され、パッケージ４角領域での外部接続を容易ならしめている。
【００２５】
電子部品用パッケージ１の内部接続電極非形成側（長辺方向他端）には、補助支持部４が形成されている。補助支持部４は厚さ約５０μｍの膜状に形成されたシリコーン樹脂からなり、平面で見て楕円形状に形成されている。当該補助支持部４は後述の搭載する音叉形水晶振動素子の自由端先端部分に対応したパッケージ本体に形成されており、当該自由端が外部衝撃により大きくたわみパッケージに接触するであろう位置に対応して形成している。
【００２６】
なお、当該補助支持部４の厚さは２０μｍ〜１００μｍであることが好ましく、より好ましくは３０μｍ〜８０μｍの厚さにすることにより、耐衝撃性の向上と安定した電気的特性を得ることができる。
【００２７】
このような膜状のシリコーン樹脂の形成は、パッケージ本体やリッドの所定に位置に対しチクソ性の低い液状に調製されシリコーン樹脂をニードルから吐出することにより、パッケージ本体あるいはパッケージ本体とリッドに広がる。これを乾燥硬化させることにより、所定の膜状の補助支持部を比較的容易に形成することができる。
【００２８】
このような電子部品用パッケージは図２に示すように、上記堤部上面の金属層１１とリッド２に形成された金属膜（図示せず）とをシーム溶接またはビーム溶接等の加熱手段により接合し、パッケージの気密封止を行う。なお、リッド２はコバール等の金属母材にニッケルメッキあるいは封止面に銀ろう等のろう材が形成されている。
【００２９】
このようなパッケージに音叉形圧電振動素子を収納した構成を図４と図５とともに説明する。音叉形水晶振動素子３は一対の振動腕部３ｂ、３ｃとこれら振動腕部を連結する基部３ａとからなる。当該音叉形水晶振動素子には屈曲振動を励起するよう１対の励振電極が形成されており（図示せず）、また振動腕部３ｂ、３ｃの自由端の先端部分には調整用金属膜３１，３２が形成されている。音叉形水晶振動素子３においては、当該調整用金属膜３１，３２の領域に対して質量加減の動作を行うことにより特性の調整を行う。本実施の形態においてはイオンミーリング方法により、調整用電極３１の質量を減じることにより調整を行っている。なお、音叉形水晶振動素子３の振動腕先端部分には予め銀等の調整用金属膜を真空蒸着法あるいはスパッタリングあるいは電気メッキ法等により比較的厚膜の金属膜を形成しておく。
【００３０】
このような音叉形水晶振動素子３をその基部３ａに形成された一対の電極とパッケージ１の内部接続電極１２，１３とが接続されるよう片持ち支持状態に搭載し、導電接合材Ｓにて接合する。ここで用いる導電接合材Ｓはシリコーン系の樹脂に導電フィラーを添加したもので、シリコーン弾性体による衝撃吸収機能も有しているものである。このような状態において周波数等の特性調整作業を行うが、作業を行うにあたり、まず前記調整用電極３１，３２に対応する部分に開口部を形成した、例えば板状の金属からなるマスク部材をパッケージに近接させる。この状態でイオンミーリング（イオンエッチング）を実行し、調整金属膜を徐々に減じる。このとき調整したい特性の変化をリアルタイムにモニタリングしてよいし、それが困難な場合は調整作業と当該調整による特性測定作業を交互に行うことによって所望の特性を得てもよい。
【００３１】
なお、当該調整においては反応性ガスを用いないイオンミーリングにより調整を行ったが、反応性ガスを用いたイオンエッチングを用いてもよいし、あるいは質量を付加するパーシャル蒸着法を用いてもよい。ただし、周知のとおり、質量を減じる場合は例えば周波数特性においては初期特性を所望の周波数より低くする必要があるし、質量付加をする場合は反対に所望の周波数より高くしておく必要がある。
【００３２】
以上、必要な調整を行った後、真空雰囲気中にてリッド２にて閉蓋し、例えば電子ビーム溶接あるいは真空雰囲気中でのシーム溶接により、気密封止を行い、音叉形水晶振動素子の格納された圧電振動デバイスを得ることができる。
【００３３】
本発明による第２の実施の形態について図６とともに説明する。図６は音叉型水晶振動素子を電子部品用パッケージに搭載し、リッドにて気密接合した例を示す内部構造を示す断面図である。この実施の形態においては、リッド側に緩衝部を設けた点で第１の実施の形態と相違しており、それ以外の点については概ね先の実施形態と類似しているので一部説明を割愛する。
【００３４】
電子部品用パッケージ１は全体として直方体形状で、断面で見て凹形の電子部品素子収納部１ａを有している。電子部品素子収納部１ａの周囲には堤部１０が形成され、当該堤部１０の上面には周状の金属層１１が形成されている。電子部品用パッケージ１の内部には内部接続電極１４，１５が長辺方向の一端側に、短辺方向に並んで形成されるとともに、内部接続電極以外のパッケージ内部においては一段下った空間を形成している。
【００３５】
また電子部品用パッケージ１の長辺方向の他端側には補助支持部４１が形成されるとともに、当該電子部品用パッケージの電子部品収納部１ａを被覆する金属製のリッド２にも長辺方向の他端側に緩衝部４２が形成されている。当該補助支持部４１と緩衝部４２はいずれも膜状のシリコーン樹脂が形成されており、収納される音叉型水晶振動素子の自由端部分に対応する位置に配置されている。
【００３６】
電子部品用パッケージ、リッドとも、チクソ性の低い液状に調製されシリコーン樹脂をニードルから吐出することにより、パッケージ本体あるいはリッドに広がる。これを乾燥硬化させることにより、所定の膜状の補助支持部を比較的容易に形成することができる。
【００３７】
この実施の形態においても、前述の実施形態におけると同様に搭載する電子部品素子は音叉形水晶振動素子を用いており、自由端の先端部分に調整用金属膜３１，３２を形成している。内部接続電極１２，１３と音叉型水晶振動素子の基部とを導電性接合材（導電性シリコーン樹脂接着剤）により電気的機械的接合し、硬化乾燥させ、かつアニール等による安定化処理を行う。その後上記シリコーン樹脂による緩衝部を有するリッドにて気密封止する。気密封止は例えばシーム溶接あるいはビーム溶接あるいは雰囲気加熱によるろう接により行う。
【００３８】
以上の構成により、パッケージ本体およびリッド側に導電性接合材と同じ母材のシリコーン樹脂からなる緩衝部を形成しているので、パッケージ本体あるいはリッドに強く当たった場合でも、シリコーン樹脂の緩衝機能により、圧電振動デバイスが破損したり、あるいは圧電振動デバイスに形成された電極材料の一部が剥がれることが無くなる。これにより、上記破損や剥がれによる周波数等の特性が変動するという不具合の発生が無くなる。また導電接合材と補助支持部との母材に同じシリコーン樹脂を用いることにより、樹脂の基本特性、例えば硬化条件、あるいは含有する不要なガスの排出条件等を概ね等しく扱うことができる。従って、余分な製造工程を必要とせず、特性の安定したコスト安の圧電振動デバイスを得ることができる。
【００３９】
本発明による第３の実施の形態について図７とともに説明する。図７は音叉型水晶振動素子を電子部品用パッケージに搭載した例を示す内部構造を示す断面図である。この実施の形態においては、補助支持部４３，４４を、音叉型水晶振動素子を接合する導電接合材と同じもので構成するとともに、導電接合材を分割した構成を採用している。なお、それ以外の点については概ね先の実施形態と類似しているので一部説明を割愛する。
【００４０】
電子部品用パッケージの長辺方向他端には補助支持部４３，４４が形成されている。これら補助支持部４３，４４は音叉型水晶振動素子３をパッケージ２に電気的機械的に接続する導電接合材と同じ材料である、シリコーン樹脂を母材とし、導電フィラーを添加したシリコーン樹脂系の導電接合材Ｓ１をからなる。これら補助支持部４３，４４は音叉型水晶振動素子のそれぞれの振動腕部３ｂ、３ｃに対応して形成され、振動腕部に形成された電極が補助支持部４３，４４を介して両者が短絡しないように形成されている。
【００４１】
補助支持部４３，４４が形成されたパッケージに励振電極形成された音叉型水晶振動素子をパッケージの内部接続電極１４，１５上に搭載し、導電接合材Ｓ１を塗布後、硬化並びにアニール等の安定化させる。その後、必要な調整を行った後、真空雰囲気中にてリッド２にて閉蓋し、例えば電子ビーム溶接あるいは真空雰囲気中でのシーム溶接により、気密封止を行い、音叉形水晶振動素子の格納された圧電振動デバイスを得ることができる。
【００４２】
なお、本実施の各形態においては弾性絶縁膜Ｓ１を音叉形水晶振動素子の調整用金属部分を中心に形成した例を示したが、振動腕部全体あるいは内部接続電極以外のパッケージ内部に形成してもよい。
【００４３】
なお、上記各実施の形態において、電子部品素子として音叉型水晶振動素子を例示したが、ＡＴカット水晶振動素子等の他の圧電振動素子を用いてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、耐衝撃性を向上させるとともに、超小型化に対応しかつ効率よく製造することのできる圧電振動デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す平面図。
【図２】第１の実施の形態を示す内部断面図。
【図３】第１の実施の形態を示す底面図。
【図４】第１の実施の形態を示す平面図。
【図５】第１の実施の形態を示す内部断面図。
【図６】第２の実施の形態を示す内部断面図。
【図７】第３の実施の形態を示す平面図。
【符号の説明】
１  電子部品用パッケージ
１２，１３、１４，１５  内部接続電極
１２１，１３１、１４１，１５１  外部接続電極
１０  堤部
２  リッド
１２ａ，１４ａ  ダミー電極
１３ａ，１５ａ  引出電極
４，４１，４２，４３，４４  補助支持部
【図１】
2004343571.tif 000003
【図２】
2004343571.tif 000004
【図３】
2004343571.tif 000005
【図４】
2004343571.tif 000006
【図５】
2004343571.tif 000007
【図６】
2004343571.tif 000008
【図７】
2004343571.tif 000009