(57)【要約】【課題】硬質の導電性接着剤で小型の圧電振動素子を表面実装容器の内底面に接続したとしても、前記導電性接着剤の硬化歪みによる諸特性の劣化を解決することができる表面実装型圧電デバイス（振動子、フィルタ等）を提供する。【解決手段】圧電振動素子と、上面に該圧電振動素子を収容するための凹部を備えるプリント配線基板と、該凹部の開口を閉止するための金属蓋と、を備え、前記凹部３の内底面に硬質の導電性接着剤を介して前記圧電振動素子を実装した上で前記金属蓋により凹部を気密封止した圧電デバイスにおいて、前記圧電振動素子にフェムト秒レーザーを照射し該圧電振動素子の内部に変質部を形成する。【選択図】      図１
2005005963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、
上面に該圧電振動素子を収容するための凹部を備えるプリント配線基板と、
該凹部の開口を閉止するための金属蓋と、
を備え、
前記凹部の内底面に硬質の導電性接着剤を介して前記圧電振動素子を実装した上で前記金属蓋により凹部を気密封止した圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動素子の内部に変質部を有することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記変質部が前記圧電振動素子と前記導電性接着剤との接合部周辺に有することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電振動素子が透明性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記導電性接着剤がエポキシ系の材料からな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デバイス。
【請求項５】
前記導電性接着剤がポリイミド系の材料からな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デバイス。
【請求項６】
前記プリント配線基板の下面に第２の凹部を形成し、該第２の凹部の内底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子を実装したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記プリント配線基板の上面に形成した前記凹部の内底面に第２の凹部を形成し、該第２の凹部の内底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子を実装したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記圧電振動素子にフェムト秒レーザーを照射することで前記変質部を形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記圧電振動素子が水晶基板を用いた水晶振動素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子やフィルタ等として使用される表面実装型圧電デバイスに関し、特に圧電振動素子をパッケージ内に接続する手段として導電性接着剤を用いた場合に発生する種々の不具合を解決した表面実装型圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化及び小型化の急激な進展により、これらの通信機器において周波数制御デバイスとして用いられる水晶共振子（振動子、フィルタ）に対しても低価格化及び小型化の要求が高まっている。
【０００３】
以下、従来の圧電デバイスについて水晶振動子を例に説明する。
従来の水晶振動子には、例えば特開２０００−２７８０８０号公報で提案されたようなものがあり、図６（ａ）はその構成を示す金属蓋を省略した状態の上面図、図６（ｂ）はその縦断面図である。
この水晶振動子は、水晶振動素子１０１と、該水晶振動素子１０１を収納した表面実装容器１１０と、該表面実装容器１１０の開口を気密封止する金属蓋１１２と、から構成された表面実装用圧電デバイスである。水晶振動素子１０１を構成する略矩形状の（ＡＴカット）水晶基板１０２は、その一方主面の一部（該水晶基板１０２の略中央から長手方向の一方端部方向に偏った箇所）を化学エッチングやイオンエッチング加工などの手法により任意の形状に凹陥せしめて、該凹陥部１０３の内底面に薄板領域（振動部）１０４を形成し、該薄板領域１０４を囲繞する外周部を厚肉の補強部１０５としている。更に、薄板領域１０４の両主面にはそれぞれ任意の形状で励振電極１０６を形成すると共に、該励振電極１０６のそれぞれから引き出されたリード電極１０６ａを水晶基板１０２の他方端部の両隅部に延在させている。該リード電極１０６ａをセラミック等から成る表面実装容器１１０の内底面に設けた電極１１０ａ上に導電性接着剤１１１を用いて片持ち状態で固着接続した上で、容器開口を金属蓋１１２により気密封止することにより、水晶振動子１００は完成される。
【０００４】
前記導電性接着剤１１１には、一般的に可撓性に優れ被着体（前記水晶振動素子１０１）への歪み（硬化歪み）を最小限に押さえることができるシリコーン系導電性接着剤が用いられる。しかし、シリコーン系導電性接着剤を用いた場合、接着強度が弱いので衝撃等のショックにより剥離が発生し易く、衝撃に対する仕様が厳しい移動体通信機器に使用される水晶振動子にあっては、接着強度の弱い軟質の接着剤は不向きである。さらに、シリコーン系導電性接着剤から発生するアウトガスによる振動素子面の汚染や導通劣化が発生する等の不具合があり、水晶振動素子１０１の周波数温度特性及び信頼性、例えばエージング特性を著しく損ねる結果をもたらす。そこで、シリコーン系導電性接着剤と比較して硬質のエポキシ系及びポリイミド系接着剤は水晶振動素子の支持拘束力、即ち耐衝撃性に優れ移動体通信機器に適した接着剤である。換言すれば、硬質の導電性接着剤は可撓性に劣り硬化歪みを抑止することができず、水晶振動素子１０１のエージング特性及び周波数温度特性等の周波数特性に悪影響を与えるという問題が生じていた。
【０００５】
そこで、前記凹陥部１０３と片持ち支持端部（水晶振動素子１０１の他方端部）との間に位置する広い面積の補強部１０５ａ上に所要形状の溝１２０を形成することで、硬質の導電性接着剤による水晶基板１０２の硬化歪みや衝撃、振動、使用環境変化等の外部環境要因が水晶基板１０２の全面に伝播してゆく過程で、溝１２０によって吸収緩和させて減衰させる。その結果、水晶振動素子１０１（水晶基板１０２）の内部応力が変化することにより変動する周波数の幅が小さくなり、周波数安定性を高めることができる。
【０００６】
【特許文献】特開２０００−２７８０８０号公報。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、応力伝搬の減衰効果を有する前記溝１２０を形成するための広い面積の補強部を備えることが水晶振動素子にとって不可欠となり、近年の圧電デバイス（を構成する圧電振動素子）に対する小型化の要求を満足することが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、硬質の導電性接着剤で小型の圧電振動素子を表面実装容器の内底面に接続したとしても、前記導電性接着剤の硬化歪みによる諸特性の劣化を解決することができる表面実装型圧電デバイス（振動子、フィルタ等）を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係わる請求項１記載の発明は、圧電振動素子と、上面に該圧電振動素子を収容するための凹部を備えるプリント配線基板と、該凹部の開口を閉止するための金属蓋と、を備え、前記凹部３の内底面に硬質の導電性接着剤を介して前記圧電振動素子を実装した上で前記金属蓋により凹部を気密封止した圧電デバイスにおいて、前記圧電振動素子の内部に変質部を有することを特徴とする。
【００１０】
また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記変質部が前記圧電振動素子と前記導電性接着剤との接合部周辺に有することを特徴とする。
【００１１】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記圧電振動素子が透明性を有することを特徴とする。
【００１２】
また請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記導電性接着剤がエポキシ系の材料からなることを特徴とする。
【００１３】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記導電性接着剤がポリイミド系の材料からなることを特徴とする。
【００１４】
また請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記プリント配線基板の下面に第２の凹部を形成し、該第２の凹部の内底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子を実装したことを特徴とする。
【００１５】
また請求項７記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記プリント配線基板の上面に形成した前記凹部の内底面に第２の凹部を形成し、該第２の凹部の内底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子を実装したことを特徴とする。
【００１６】
また請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記圧電振動素子にフェムト秒レーザーを照射することで前記変質部を形成することを特徴とする。
【００１７】
また請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記圧電振動素子が水晶基板を用いた水晶振動素子であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図示した本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施形態の圧電デバイスとしての水晶振動子の構成を示す縦断面図である。
図１に示すように、略矩形状のＡＴカット水晶基板１ａと該水晶基板１ａの両主面に配設する励振電極（不図示）と該励振電極夫々から長手方向の一方端部に延在するリード電極（不図示）とを備える水晶振動素子（圧電振動素子）１と、上面に該水晶振動素子１を収容するための凹部３を備えるセラミックパッケージ（プリント配線基板）２と、該凹部３の開口を閉止するための平板状の金属蓋４と、を備える。前記凹部３の内底面に形成したパッド電極５に硬質の導電性接着剤６、例えばエポキシ系及びポリイミド系接着剤を介して前記水晶振動素子１の一方端部を片持ち支持し導通固定した上で前記金属蓋４により凹部３を気密封止する構造を有する。
【００２０】
前記導電性接着剤６の硬化歪みを抑止するために、該導電性接着剤６を介して前記水晶振動素子１の一方端部を片持ち支持し導通固定した後、導電性接着剤６と水晶振動素子１との接合部周辺にフェムト秒レーザー照射を行い、水晶振動素子１のレーザー照射部分の結晶内部に変質部１ｂを形成してある。
【００２１】
まずフェムト秒レーザーについて説明する。フェムト秒レーザーとはパルス幅がフェムト秒（１０−１５秒）台のパルスレーザーであって、極めて短時間に高エネルギーが被加工材料に集中するため、熱が発生する前に加工が進行し、レーザー照射部位のみの加工が誘起され周囲には損傷が及ばないものと考えられている。また、フェムト秒レーザーでは透明材料（水晶等）の加工についても特徴的を有し、多光子吸収による加工が進むために材料表面を損傷することなく内部のみを３次元的にリモート加工することが可能である。さらに、多光子吸収過程は非線形現象であるため、照射波長の回折限界を超える加工分解能が得られるという特徴を有する。なお、該フェムト秒レーザーを加工に用いた実施例として、例えば特開２０００２−２８７１９１号公報で開示されたものがある。
【００２２】
前記変質部１ｂとは、前記水晶振動素子１にフェムト秒レーザー照射を行い該水晶振動素子１の照射部分のみを一度溶解し再結晶化（アモルファス状態）したものを示す。該変質部１ｂの形成過程、特に溶解〜凝固過程間において、水晶振動素子１のレーザー照射部分が一旦液体の状態になることにより前記導電性接着剤６の硬化歪みが開放され、レーザー照射停止とほぼ同時に凝固（変質部が形成される。）することで前記導電性接着剤６の硬化歪みを抑止することとなる。
【００２３】
図２は本発明の第２の実施形態の圧電デバイスとしての水晶振動子の構成を示す縦断面図である。
第２の実施形態の水晶振動子が第１の実施形態と異なる点は、前記水晶基板１ａの一方主面の一部に凹陥部を形成した点にある。図２に示すように、第２の実施形態に係わる水晶振動素子２１（水晶基板２１ａ）は、その一方主面の略中央を化学エッチングやイオンエッチング加工などの手法により任意の形状に凹陥部２１ｂを形成し、該凹陥部２１ｂの内底面に薄板領域（振動部）２１ｃを形成し、該薄板領域２１ｃを囲繞する外周部を厚肉の補強部２１ｄとしている。薄板領域２１ｃの両主面には夫々任意の形状で励振電極（不図示）を形成すると共に、該励振電極のそれぞれから引き出されたリード電極（不図示）を水晶基板２１ａの長手方向の一方端部の両隅部に延在させている。リード電極を前記セラミックパッケージ２の内底面に設けた前記パッド電極５上に前記導電性接着剤６を介して水晶振動素子２１の一方端部を片持ち支持し導通固定する。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施形態の圧電デバイスとしての水晶発振器の構成を示す縦断面図である。
第３の実施形態の水晶発振器が第１及び２の実施形態と異なる点は、前記セラミックパッケージ２の内底面に第２の凹部を形成し該第２の凹部の内底面に発振回路及び温度補償回路を構成する回路素子、例えばＩＣチップ３８を実装した点にある。図３に示すように、第３の実施形態に係わるセラミックパッケージ３２は、その上面に前記水晶振動素子１を収容するための凹部３３を備えると共に、該凹部３３の内底面に第２の凹部３３ａを備える。第２の凹部３３ａにＩＣチップ３８をフリップチップ実装し、凹部３３の内底面（第２の凹部３３ａの開口面）に設けた前記パッド電極５上に前記導電性接着剤６を介して水晶振動素子１の一方端部を片持ち支持し導通固定する。
【００２５】
図４は本発明の第４の実施形態の圧電デバイスとしての水晶発振器の構成を示す縦断面図である。
第４の実施形態の水晶発振器が第１乃至３の実施形態と異なる点は、前記ＩＣチップ３８を収容したセラミック容器（第２のプリント配線基板）４０を第１又は２の実施形態である水晶振動子の下面に実装した点にある。図４に示すように、第４の実施形態に係わるセラミック容器４０は、その上面に前記ＩＣチップ３８を収容するための凹部４０ａを備え、該凹部４０ａの内底面にＩＣチップ３８をフリップチップ実装し、前記水晶振動子により該凹部４０ａを閉止すると共に電気的及び機械的に接続する。
【００２６】
図５は本発明の第５の実施形態の圧電デバイスとしての水晶発振器の構成を示す縦断面図である。
第５の実施形態の水晶発振器が第１乃至４の実施形態と異なる点は、前記セラミックパッケージ２の下面に下方を開口とする第２の凹部を形成し該第２の凹部の内底面に前記ＩＣチップ３８を実装した点にある。図５に示すように、第５の実施形態に係わるセラミックパッケージ５２は、その上面に前記水晶振動素子１を収容するための凹部５３を備えると共に、下面に前記ＩＣチップ３８を収容するための第２の凹部５３ａを備える。第２の凹部５３ａにＩＣチップ３８をフリップチップ実装すると共に、前記凹部５３の内底面に形成された前記パッド電極５に前記導電接着剤６を介して前記水晶振動素子１の一方端部を片持ち支持し導通固定する。
【００２７】
発振回路および温度補償回路を構成する回路素子は前記ＩＣチップ３８のみならず、発振回路および温度補償回路を構成するディスクリート部品であっても構わない。またＩＣチップ３８に供給される電源電圧に重畳される高周波ノイズを除去するためのコンデンサ等の電子部品を前記凹部又は第２の凹部に収容しても構わない。
【００２８】
本発明の実施形態に係わる前記水晶振動素子のほかに、水晶基板に部分電極を配設する多重モード水晶フィルタや弾性表面波フィルタにも本発明を適用することも可能である。
【００２９】
水晶振動子及び水晶発振器（ＴＣＸＯ）を用いて本発明を説明したが、基本波若しくはオーバートーンの水晶発振子、ＶＣ−ＴＣＸＯ、ＶＣＸＯ、ＯＣＸＯ、ＳＡＷ発振器等のデバイスに適用できることは云うまでもない。
【００３０】
ＡＴカットの水晶基板を用いて本発明を説明したが、本発明はＡＴカットに限定するものではなくＢＴカット、ＣＴカット、ＤＴカット、ＳＣカット、ＧＴカット等のカットアングルの水晶基板に適用できることは云うまでもない。
また、ランガサイト、四方酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の他の圧電基板に適用できることは云うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、硬質の導電性接着剤で小型の圧電振動素子をセラミックパッケージの内底面に接続したとしても、前記導電性接着剤の硬化歪みによる諸特性の劣化を解決することができる表面実装型圧電デバイス（振動子、フィルタ等）が得られるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態としての水晶振動子の構成を示す縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態としての水晶振動子の構成を示す縦断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態としての水晶発振器の構成を示す縦断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態としての水晶発振器の構成を示す縦断面図。
【図５】本発明の第５の実施形態としての水晶発振器の構成を示す縦断面図。
【図６】従来の水晶振動子の構成図。
（ａ）金属蓋を省略した状態の上面図。
（ｂ）縦断面図。
【符号の説明】
１…水晶振動素子    １ａ…水晶基板    ２…セラミックパッケージ
１ｂ…変質部    ３…凹陥部    ４…金属蓋    ５…パッド電極
６…導電性接着剤
２１…水晶振動素子    ２１ａ…水晶基板    ２１ｂ…凹部
２１ｃ…薄板領域    ２１ｄ…補強部
３３…凹部    ３３ａ…第２の凹部    ３８…ＩＣチップ
４０…セラミック容器    ４０ａ…凹部
５２…セラミックパッケージ    ５３…凹部    ５３ａ…第２の凹部
１００…水晶振動子    １０１…水晶振動素子    １０２…水晶基板
１０３…凹陥部    １０４…薄板領域    １０５、１０５ａ…補強部
１０６…励振電極    １０６ａ…リード電極    １１０…表面実装容器
１１０ａ…電極    １１１…導電性接着剤    １１２…金属蓋    １２０…溝
【図１】
2005005963.tif 000003
【図２】
2005005963.tif 000004
【図３】
2005005963.tif 000005
【図４】
2005005963.tif 000006
【図５】
2005005963.tif 000007
【図６】
2005005963.tif 000008