(57)【要約】【課題】  水晶振動素子の振動エネルギー分布の有効振動領域内に導電性接着剤を塗布してはならないという従来の鉄則に反して、水晶基板上面に塗布する接着剤を振動エネルギー分布の有効範囲内に干渉するように塗布して、予めＣＩ値が規格値の範囲内で大きくなるように設定しておくことにより、落下等による強い衝撃が加わった場合のＣＩ値の上昇率を低く抑える。【解決手段】  内底部に接続パッド７を備え且つ外底部に実装電極８を備えたパッケージ本体２と、接続パッド上に導電性接着剤２５を用いて端部を電気的機械的に接続される圧電振動素子２０と、を備えた圧電振動子１であって、導電性接着剤が、接続パッドと圧電振動素子下面とを接続する第１の接着剤２５ａと、第１の接着剤を接着した圧電振動素子下面の直上上面に塗布される第２の接着剤２５ｂと、から成るものにおいて、第１の接着剤を圧電振動素子の有効振動領域外に塗布すると共に、第２の接着剤の塗布範囲を有効振動領域と干渉するように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内底部に接続パッドを備え且つ外底部に実装電極を備えたパッケージ本体と、接続パッド上に導電性接着剤を用いて端部を電気的機械的に接続される圧電振動素子と、圧電振動素子を含むパッケージ本体内を気密封止する金属蓋と、を備えた圧電振動子であって、前記導電性接着剤が、接続パッドと圧電振動素子下面とを接続する第１の接着剤と、第１の接着剤を接着した圧電振動素子下面の直上上面に塗布される第２の接着剤と、から成るものにおいて、
前記第１の接着剤を圧電振動素子の有効振動領域外に塗布すると共に、前記第２の接着剤の塗布範囲を有効振動領域と干渉するように構成したことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記第２の接着剤の塗布範囲は、前記圧電振動素子の有効振動領域の端縁部に干渉するように第１の接着剤の塗布範囲よりも広く設定されてい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】
前記圧電振動素子端部下面を前記第１の接着剤によって接着したときの圧電振動子のＣＩ値よりも、第２の接着剤を圧電振動素子端部の上面に更に塗布することにより決定される圧電振動子のＣＴ値の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電振動子と、発振回路とを備えたことを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水晶振動子等の圧電振動子の改良に関し、特にパッケージ内の接続パッドと圧電振動素子端部との導電性接着剤による接続部が、圧電振動子に加わる強い衝撃によって損傷を受けて、クリスタル・インピーダンス（ＣＴ）値の過大な上昇を招く不具合を防止することができる圧電振動子、及び圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動素子等の圧電振動素子は、圧電振動子、圧電発振器等に組み込まれて使用される。圧電振動子は、目標とする共振周波数を得る為に好適な肉厚の振動部を有した圧電基板の振動部に励振電極やリード端子等を構成する金属膜を蒸着等によって形成した構成を備えている。
図２（ａ）は従来の圧電振動子の一例としての表面実装型水晶振動子のパッケージ構造を示す縦断面図であり、（ｂ）はその要部拡大図である。この水晶振動子１０１は、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体１０２と、パッケージ本体１０２の外壁上面に固定されて凹陥部１０３内を気密封止する金属蓋１１５と、凹陥部１０３内に配置される水晶振動素子１２０と、を有する。このパッケージ本体１０２は、セラミック製の底板１０４と、底板の上面周縁に沿って所要幅にて積層されたセラミック製の環状の外壁（外周壁）１０５と、外壁１０５の上面に沿って固定された環状のシールリング（コバール）１０６と、外壁１０５の内周から突出した段差１０５ａ上に配置された接続パッド１０７と、底板１０４の底面に固定された実装電極１０８と、実装電極１０８と接続パッド１０７等との間を接続する内部導体１０９と、を備えている。
水晶振動素子１２０は、水晶基板１２１の両主面上に励振電極１２２を夫々形成した構成を備え、励振電極１２２に所要の交番電流を通電したときに表裏の励振電極１２２により挟まれた水晶基板部分（主振動部）が厚み滑りを起こすと共にエネルギー閉じ込め現象を起こして、励振電極付着部分に主振動が励起される。水晶振動素子１２０は、各励振電極１２２から基板端縁に延びるリード電極１２２ａを備え、各リード電極を含む基板端部を導電性接着剤１２５によって電気的機械的に接続パッド１０７に対して接続固定される。導電性接着剤１２５は、接続パッド１０７と水晶基板端部下面を接続する第１の接着剤１２５ａと、第１の接着剤１２５ａが接する基板端部下面の直上に位置する基板上面に塗布される第２の接着剤１２５ｂと、から成り、第１の接着剤塗布後に、第２の接着剤を塗布する二度塗りによって、水晶振動素子の固定がなされる。
第１の接着剤１２５ａは、水晶振動素子と接続パッド１０７との間に挟まれて薄塗りされているため、水晶振動素子のリード電極２２ａや接続パッド１０５ａとの接続面の接続強度は弱くなっており、必然的に衝撃による剥離やクラックが発生し易くなっている。
【０００３】
図２（ｂ）中の鎖線は、主振動部の振動時に閉じ込められる振動エネルギーの分布を示しており、導電性接着剤１２５ａ、１２５ｂは、何れもこの振動エネルギー分布の有効振動領域内に干渉しないように塗布される。仮に、接着剤が振動エネルギー分布の有効振動領域内に干渉している場合には、水晶振動素子のクリスタル・インピーダンス（ＣＩ）値が増大して共振周波数における振動エネルギーを低減させる原因となる。従って、導電性接着剤を振動エネルギー分布の有効範囲内に塗布してはならない、ということは当業者にとって厳守すべき鉄則とされている。
ＣＩ値は、第１の接着剤が、水晶振動素子１２０及び接続パッド１０５ａと夫々接着する面における抵抗と、水晶振動素子自体が有する抵抗によって決定されるが、接着剤が有効振動領域に干渉する場合には自由振動に対する拘束となってＣＩ値を上昇させる原因となる。
特に、水晶振動子の小型化が進行して、パッケージの縦横寸法が４×２５ｍｍ、水晶振動素子の長辺が３ｍｍ未満程度に小型化した場合、上記のＣＩ値の増大を防ぐために、使用する接着剤量、接着剤の塗布面積を更に減少させる必要がある。しかし、接着剤量、接着面積を減少させると（塗布径が０．５ｍｍ程度に小さくなると）、接続強度が低下するため、水晶振動子が落下等による強い衝撃を受けた場合に第１の接着剤１２５ａと水晶振動素子１２０、第１の接着剤１２５ａと接続パッド１０５ａとの接着面が剥離したり、クラックが発生しＣＩ値が増大する虞がある。例えば、ＣＩ値に関する規格値が４０Ωであるとした場合、通常は十分な余裕をもってＣＩ値が２０Ω程度となるように接着剤の量、塗布範囲を設定するのが一般であり、この振動子を用いた発振回路はＣＩ値が２０Ωである状態で所望の発振周波数が得られるように調整されることになるが、接着面に剥離等が発生してＣＩ値が増大すると調整時点とは異なる条件になるため、当初の発振周波数を出力することが不可能となる（所望の周波数からずれてしまう）。
このため、従来から二度塗りによって第２の接着剤１２５ｂを基板端部の上側から第１の接着剤１２５ａにかけて塗布しているが、小型化に伴い第２の接着剤１２５ｂの塗布面積、塗布範囲は前記した振動エネルギー分布の有効範囲に干渉しないよう振動エネルギー分布の有効範囲外に留められるため、第１の接着剤１２５ａの接着面の剥離等に起因したＣＩ値の上昇を防止する効果は期待薄となっている。
接着剤を二度塗りする技術については、特開平８−１８６４５７号公報に開示されているが、衝撃を受けた際に発生するＣＩ値の変動を低減させる技術については一切言及されていない。
【特許文献１】特開平８−１８６４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の如く、パッケージ側の接続パッド上に水晶振動素子の端部下面を第１の接着剤により接続固定しただけでは、衝撃が加わった場合の剥離等によってＣＩ値が増大する現象を防ぐことができない。そこで、水晶振動素子端部上面から第１の接着剤にかけて第２の接着剤を塗布することが行われるが、第１の接着剤と水晶基板、第１の接着剤と接続パッドとの剥離等に起因したＣＩ値の変動（増大）を防止することはできない。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、水晶振動素子の振動エネルギー分布の有効範囲（有効振動領域）内に導電性接着剤を塗布してはならないという従来の鉄則に反して、水晶基板上面に塗布する接着剤を振動エネルギー分布の有効範囲内に干渉するように塗布して、予めＣＩ値が規格値の範囲内で大きくなるように設定しておくことにより、落下等による強い衝撃が加わった場合のＣＩ値の上昇率を低く抑えるようにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、内底部に接続パッドを備え且つ外底部に実装電極を備えたパッケージ本体と、接続パッド上に導電性接着剤を用いて端部を電気的機械的に接続される圧電振動素子と、圧電振動素子を含むパッケージ本体内を気密封止する金属蓋と、を備えた圧電振動子であって、前記導電性接着剤が、接続パッドと圧電振動素子下面とを接続する第１の接着剤と、第１の接着剤を接着した圧電振動素子下面の直上上面に塗布される第２の接着剤と、から成るものにおいて、前記第１の接着剤を圧電振動素子の有効振動領域外に塗布すると共に、前記第２の接着剤の塗布範囲を有効振動領域と干渉するように構成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記第２の接着剤の塗布範囲は、前記圧電振動素子の有効振動領域の端縁部に干渉するように第１の接着剤の塗布範囲よりも広く設定されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１において、前記圧電振動素子端部下面を前記第１の接着剤によって接着したときの圧電振動子のＣＩ値よりも、第２の接着剤を圧電振動素子端部の上面に更に塗布することにより決定される圧電振動子のＣＴ値の方が大きいことを特徴とする。
請求項４の発明に係る圧電発振器は、請求項１に記載の圧電振動子と、発振回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
表面実装用のパッケージが小型化した場合に、パッケージ内に収容される圧電振動素子を接着するための接着剤の塗布面積、使用量も減少するが、接着力の低下によって衝撃に対する耐久性が低下する。特に、圧電振動素子の端部下面とパッケージ内の接続パッドとの間を接着する接着剤による各接着面が剥離したり、クラックが発生すると、ＣＩ値が規格値を上回る程度に上昇する不具合が発生する。本発明では、圧電振動素子と接続パッドとを接続する第１の接着剤の影響を一切受けずに、ＣＩ値を一律に決定するために、圧電振動素子端部の上面に塗布する第２の接着剤の塗布範囲を工夫している。即ち、第２の接着剤が圧電振動素子の有効振動領域の少なくとも端部に干渉するように塗布することにより、圧電振動素子のＣＩ値を第２の接着剤によって決定される値に確定させるようにしている。このため、落下等による強い衝撃が加わった場合のＣＩ値の上昇率を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る圧電振動子の一例としての水晶振動子の全体縦断面図、及び要部拡大図である。
この水晶振動子１は、セラミック等の絶縁材料から成るパッケージ本体２と、パッケージ本体２の外壁上面に固定されて凹陥部３内を気密封止する金属蓋１５と、凹陥部３内に配置される水晶振動素子２０と、を有する。このパッケージ本体２は、セラミック製の底板４と、底板の上面周縁に沿って所要幅にて積層されたセラミック製の環状の外壁（外周壁）５と、外壁５の上面に沿って固定された環状のシールリング（コバール）６と、外壁５の内周から突出した段差５ａ上に配置された接続パッド７と、底板４の底面に固定された実装電極８と、実装電極８と接続パッド７等との間を接続する内部導体９と、を備えている。
水晶振動素子２０は、水晶基板２１の両主面上に励振電極２２を夫々形成した構成を備え、励振電極２２に所要の交番電流を通電したときに表裏の励振電極２２により挟まれた水晶基板部分（主振動部）が厚み滑りを起こすと共にエネルギー閉じ込め現象を起こして、励振電極付着部分に主振動が励起される。水晶振動素子２０は、各励振電極２２から基板端縁に延びるリード電極２２ａを備え、各リード電極を含む基板端部を導電性接着剤２５によって電気的機械的に接続パッド７に対して接続固定される。
導電性接着剤２５は、接続パッド７と水晶基板端部下面を接続する第１の接着剤２５ａと、第１の接着剤２５ａが接する基板端部下面の直上に位置する基板上面に塗布される第２の接着剤２５ｂと、から成り、第１の接着剤塗布後に、第２の接着剤を塗布する二度塗りによって、水晶振動素子の固定がなされる。
図中の鎖線は、主振動部の振動時に閉じ込められる振動エネルギーの分布（有効振動領域）を示しており、第１の接着剤２５ａは、この振動エネルギー分布の有効振動領域内に干渉しないように、該領域外に塗布される一方で、第２の接着剤２５ｂはこの有効振動領域に干渉するように有効振動領域の中心部へ向けて塗布範囲を拡張してある。実際には、第２の接着剤２５ｂが干渉する範囲は、有効振動領域の端部であれば十分である。
このように、第２の接着剤２５ｂが振動エネルギー分布の有効振動領域の端部に干渉することにより、水晶振動素子２０の振動を抑圧する要因となり、その結果水晶振動素子２０のクリスタル・インピーダンス（ＣＩ）値を増大させる原因となる。
本実施形態においては、水晶振動素子２０に関して規格されたＣＩ値を４０Ωとし、第１の接着剤２５ａのみを塗布した場合のＣＩ値を２０Ωとした場合、第２の接着剤２５ｂを塗布することによりトータルのＣＩ値が２５Ω程度となるように、第２の接着剤の塗布範囲が広く選定される。
【０００８】
以上の構成において、第１の接着剤と水晶振動素子や接続パッドとの接着面が剥離したりクラックが発生すると、ＣＩ値が増大するが、第２の接着剤により設定されるＣＩ値である２５Ωが、第１の接着剤のみによって決定されるＣＩ値である２０Ωを上回っている場合には、第１の接着剤の接着面がどの程度に剥離しようと、水晶振動素子全体としてのＣＩ値は２５Ωを越えることがない。逆に言えば、水晶振動素子の全体のＣＩ値を第１の接着剤による影響を受けずに、第２の接着剤のみの影響を受けるようにしたのが本発明である。
従って、第１の接着剤の接着面が部分的に剥離したとしても、水晶振動素子の見かけ上のＣＩ値は２５Ωを越えることがなくなり、衝撃等に対して安定した特性を維持することができる。
上記実施形態では、水晶振動素子の一端部のみを接着固定する片持ち構造ついてのみ説明したが、本発明の接着構造は水晶振動素子の端部を複数箇所支持するタイプにも適用することができる。
なお、上記実施形態では、圧電材料として水晶を使用した水晶振動子を中心として説明してきたが、本発明は水晶以外の圧電材料を使用した各種圧電デバイスにおける圧電振動素子の接着構造に適用することができる。
なお、本発明の接着構造を備えた水晶振動子に対して、発振回路等の回路部品を付加することによって水晶発振器を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る圧電振動子の一例としての水晶振動子の全体縦断面図、及び要部拡大図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は従来例の圧電振動子の全体縦断面図、及び要部拡大図。
【符号の説明】
【００１０】
１  水晶振動子、２  パッケージ本体、３  凹陥部、４  底板、５  外壁（外周壁）、６  シールリング、７  接続パッド、８  実装電極、１５  金属蓋、２０  水晶振動素子、２１  水晶基板、２２  励振電極、２２ａ  リード電極、２５  導電性接着剤、２５ａ  第１の接着剤、２５ｂ  第２の接着剤。
【図１】
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【図２】
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