(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視略方形状で有底の収納部と、当該収納部の中に形成された圧電振動板を搭載する平面視略方形状の段部と、段部の上部に並列に形成された複数の導電パッドと、前記収納部と段部を囲む堤部とを有する平面視略方形状のセラミック多層基板に、圧電振動板の片端部側が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなる圧電振動デバイスであって、
前記収納部の短辺寸法が１.５mm以下で、
前記収納部の角部、および前記堤部と段部の接続部分には、各々曲率状の面取り部が形成され、
前記導電パッドの外表面は、前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線に沿った状態で形成され、かつ前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線と接する前記堤部と段部の接続部分の面取り部に接触しない状態で形成されてなることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記並列に形成された導電パッドの最隔離した位置にある各々の端部から隣接する前記圧電振動板の端部までの余り寸法Ｗ１を０．１mm以上０．２mm以下にした状態として、前記圧電振動板が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなることを特徴とする特許請求項１記載の圧電振動デバイス。
【請求項３】
前記導電性接合材がはんだであることを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック多層基板を用いた圧電振動デバイスに関するものであり、特にはんだなどの導電接合材によって圧電振動板を保持する導電パッドの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気密封止を必要とする圧電振動デバイスの例として、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等があげられる。これらはいずれも水晶振動板（圧電振動板）の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため、気密封止されている。
【０００３】
これら水晶応用製品は部品の表面実装化の要求から、例えば、特許文献１に示すような、パッケージとしてセラミック多層基板に気密的に収納する構成が増加しており、適切な気密封止方法を選択することにより、良好な気密性を確保することができる。このようなセラミック多層基板は全体として、中央部分に凹形の収納部の形成された直方体形状であり、収納部周囲の堤部の上面には金属シール部が形成されている。収納部内の底部には段部と、当該段部上面に形成された導電パッドが形成されており、ビアなどにより外部端子へと導かれている。当該導電パッド上に水晶振動板の片端部分が搭載され、導電接合材により電気的機械的に接続されているとともに、蓋を被せて気密封止する。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９９９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近においては電子機器のさらなる小型化、軽量化により、圧電振動デバイスも超小型化が求められており、これに伴い圧電振動板を収納するセラミック多層基板、および圧電振動板のサイズも小型化されている。このように構成された圧電振動デバイスでは、搭載される回路基板など熱歪や反りなどにより、セラミック多層基板に応力が加わって、セラミック多層基板の収納部の角部分にクラックが発生することがあるので、応力を緩和するための面取り部が必要不可欠となっている。ところが、小型化された圧電振動デバイスでは、圧電振動板を保持する領域も小さくなり、結果として前記応力緩和のための面取り部と圧電振動板とが導電性接合材を介して接触することで、局所的に応力集中し、落下などの衝撃を受けた場合に圧電振動板の割れや欠けが発生し、最悪の場合には圧電振動板がこの部分を起点として折れることもあった。特に、前記収納部の短辺寸法が１.５mm以下の小型のセラミック多層基板ではこれらの問題を発生する危険性が高くなる。さらに、導電接合材としてはんだを用いるものでは、接合材の硬さから、圧電振動板と接合される領域と接合されない領域での境界部分で応力集中しやすくなるので、これらの問題が顕在化しやすかった。また、セラミック多層基板の小型化により、圧電振動板を保持する領域も小さくなり、耐衝撃性の低下、短絡の危険性が考えられる。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、セラミック多層基板のクラックの発生を面取り部によって抑制しながら、セラミック多層基板の小型化に伴って面取り部が導電性接合材を介して圧電振動板に接触することによる応力集中することをなくし、圧電振動板の割れや欠けの発生をなくすことを第１の目的としている。また、セラミック多層基板の小型化に伴って、耐衝撃性の低下を抑制し、短絡の危険性を低減することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
平面視略方形状で有底の収納部と、当該収納部の中に形成された圧電振動板を搭載する平面視略方形状の段部と、段部の上部に並列に形成された複数の導電パッドと、前記収納部と段部を囲む堤部とを有する平面視略方形状のセラミック多層基板に、圧電振動板の片端部側が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなる圧電振動デバイスであって、前記収納部の短辺寸法が１.５mm以下で、前記収納部の角部、および前記堤部と段部の接続部分には、各々曲率状の面取り部が形成され、前記導電パッドの外表面は、前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線に沿った状態で形成され、かつ前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線と接する前記堤部と段部の接続部分の面取り部に接触しない状態で形成されてなることを特徴とする。
【０００８】
また、上述の構成において、前記並列に形成された導電パッドの最隔離した位置にある各々の端部から隣接する前記圧電振動板の端部までの余り寸法Ｗ１を０．１mm以上０．２mm以下にした状態として、前記圧電振動板が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、上述の構成において、前記導電性接合材がはんだであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の特許請求項１によれば、セラミック多層基板のクラックの発生を曲率状の面取り部によって抑制しながら、前記導電性接合材が前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線と接する前記堤部と段部の接続部分に存在する面取り部の領域へ広がることがなく、前記導電性接合材が前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線に沿って付着される。つまり、前記導電性接合材が前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線からさらに圧電振動板の自由端側に向かって一部のみがはみ出すことなく、前記稜線に沿ってほぼ直線的に付着される。このため、前記圧電振動板が導電性接合材によって接合される領域と接合されない領域の境界部分は、前記段部の圧電振動板の自由端側の稜線に沿って、ほぼ直線的に接合されるので、導電性接合材を介して圧電振動板に局所的に応力集中することが一切なくなり、落下などの衝撃を受けた場合に圧電振動板の割れや欠けが発生することがない。
【００１１】
特に、前記収納部の短辺寸法が１.５mm以下の小型のセラミック多層基板では、圧電振動板を保持する領域が狭くなり、前記堤部と段部の接続部分の面取り部と圧電振動板とが導電性接合材を介して接触しやすくなる。結果として、局所的に応力集中し、落下などの衝撃を受けた場合に圧電振動板の割れや欠けが発生する危険性も高まるが、本発明では小型化を実現しながらもそのような不具合が生じにくくなる。
【００１２】
本発明の特許請求項２によれば、上述の作用効果に加え、前記並列に形成された導電パッドの最隔離した位置にある各々の端部から隣接する前記圧電振動板の端部まで寸法（以下、余り寸法と称する）を０．１mm以上０．２mm以下にした状態で、前記圧電振動板が導電性接合材を介して前記導電パッド上面に保持されてなるので、前記導電パッドがお互いに隔離する方向に導電性接合材を逃しながら、この導電パッドの余り領域に導電性接合材を留めて、当該導電性接合材が圧電振動板の側壁に回り込むように作用する。従って、耐衝撃性の低下を抑制し、短絡の危険性を低減することができる。このとき、余り寸法が０．１mm未満となると前記導電性接合材を逃がしきれず、短絡の危険性が高まる。また、圧電振動板の側壁に回り込むべき導電性接合材の付着量が少なくなり、耐衝撃性が低下する。余り寸法が０．２mmより大きくとなると、前記導電性接合材を留めにくくなり、圧電振動板の側壁に回り込まないので、耐衝撃性が低下する。
【００１３】
本発明の特許請求項３によれば、前記導電性接合材としてはんだを用いることで、電極パッドの領域と段部の電極パッドが形成されないセラミック素地領域との境界ではんだが留まりやすくなり、上述の作用効果がより一層得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による第１の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図１〜図３とともに説明する。図１は本発明の実施形態を示す平面図であり、収納部に水晶振動板（圧電振動板）を搭載した状態を示している。図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図３は図１の水晶振動板を搭載する前の平面図である。
【００１５】
表面実装型水晶振動子は、全体として直方体形状で、上部が開口した凹形の収納部１ａを有する平面視略方形状のセラミック多層基板１と、当該セラミック多層基板の中に収納される圧電振動デバイスの素子である水晶振動板２と、図示していないが、パッケージの開口部に接合される金属蓋とからなる。
【００１６】
セラミック多層基板１に収納される水晶振動板２は、音叉形状をなしており、脚部に形成される励振電極（図示せず）と、基部に形成される各励振電極からの導出電極２１、２２が形成されている。各導出電極２１、２２は、後述の導電パッド１２、１３と電気的機械的に接合される。
【００１７】
断面でみてセラミック多層基板１は凹形であり、平面視略方形状で有底の収納部１ａと、当該収納部の底部に形成された水晶振動板を搭載する平面視略方形状の段部１ｂ、１ｃと、前記収納部と段部を囲む堤部（側壁）１０とを有している。このとき、前記収納部１ａの角部には曲率の面取り部Ｒ１〜Ｒ４が形成され、前記堤部と段部の接続部分には曲率の面取り部Ｒ５〜Ｒ８が形成されている。なお、前記収納部１ａの短辺寸法が１.１mmで、前記面取り部Ｒ１〜Ｒ４、Ｒ７、Ｒ８の寸法を０．２５mm、前記面取り部Ｒ５、Ｒ６の寸法を０．１mmに設定している。
【００１８】
前記各段部上面には、導電パッド１２、１３がお互いに並列の状態で形成されている。このとき、前記導電パッド１２、１３は、前記段部１ｂ、１ｃの圧電振動板の自由端側の稜線１１ｂ、１１ｃに沿った状態で形成され、かつ当該稜線１１ｂ、１１ｃと接する前記面取り部Ｒ５、Ｒ６に接触しない状態で形成されている。これらの導電パッド１２、１３、セラミック積層技術を用いタングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００１９】
前記堤部１０上面には周状の金属シール部１１が形成されている。金属シール部１１は、タングステン等からなるメタライズ層と、メタライズ層上に形成される金属膜層とからなる。金属膜層は例えばメタライズ層に接してニッケルメッキ層と、当該ニッケルメッキ層の上部に形成される極薄の金メッキ層とからなる。
【００２０】
そして、水晶振動板２の導出電極２１、２２と前記導電パッド１２、１３とが、導電性接合材としてのはんだＤにより電気的機械的接合される。このとき、水晶振動板２の基部側がはんだＤを介して前記導電パッド１２、１３の上面に固定され、水晶振動板２の脚部側が自由端となる状態で片側保持される。また、図１、図２に示すように、前記並列に形成された導電パッド１２、１３の最隔離した位置にある各々の端部から隣接する前記水晶振動板２の端部まで寸法Ｗ１を０．１mm以上０．２mm以下にした状態とし、この領域を余り寸法として、前記水晶振動板２がはんだＤを介して前記導電パッド１２、１３上面に保持されている。このため、図２に示すように、前記導電パッド１２、１３の余り寸法Ｗ１にはんだＤを留めて、当該はんだＤが水晶振動板の側壁に回り込むように作用する。従って、耐衝撃性の低下を抑制し、短絡の危険性を低減することができる。
【００２１】
また、前記金属シール部１１上に前記金属フタ（図示せず）を搭載し、この状態で電子ビーム溶接あるいはレーザー等のビーム溶接により金属フタと金属シール部を溶融させ、気密封止する。
【００２２】
本発明の実施形態では、セラミック多層基板１のクラックの発生を面取り部Ｒ１〜Ｒ８によって抑制する。前記はんだＤが、段部１ｂ、１ｃの面取り部Ｒ５、Ｒ６へ広がることがなく、前記段部１ｂ、１ｃの水晶振動板の自由端側の稜線１１ｂ、１１ｃに沿って付着される。つまり、前記はんだＤが前記段部の稜線１１ｂ、１１ｃからさらに水晶振動板の自由端側に向かって一部のみがはみ出すことなく、前記稜線１１ｂ、１１ｃに沿ってほぼ直線的に付着される。このため、前記水晶振動板２がはんだＤによって接合される領域と接合されない領域の境界部分、すなわち前記段部１ｂ、１ｃの稜線１１ｂ、１１ｃに沿って、ほぼ直線的に接合される。結果として、はんだＤを介して水晶振動板２に局所的に応力集中することが一切なくなり、落下などの衝撃を受けた場合に水晶振動板２の割れや欠けが発生することがない。
【００２３】
また、前記収納部の短辺寸法が１.１mm（１．５mm以下）のセラミック多層基板１であって、前記段部の稜線１１ｂ、１１ｃと接する前記堤部と段部の接続部分の面取り部Ｒ５、Ｒ６の寸法を０．１mmに設定しているので、小型化を実現しながらも、セラミック多層基板に対して面取り部によるクラックの発生を抑制する効果を低下させることがない。水晶振動板２を導電パッド１２、１３も前記面取り部Ｒ５、Ｒ６によって狭まることもなくなる。
【００２４】
次に、本発明による他の実施形態を表面実装型の水晶振動子を例にとり図４とともに説明する。図４は本発明の他の実施形態を示し、水晶振動板を搭載しない状態で、セラミック多層基板の導電パッドを示す平面図であり、上記実施形態に対して、導電パッドの平面形状が異なっている。基本構成は上記実施形態と同じであるので、同じ構成部分については同番号を用いて説明するとともに、一部説明を割愛する。
【００２５】
図４（ａ）の導電パッド１２，１３は、上記実施形態に比較して基部側が幅広に形成され、前記面取り部Ｒ５、Ｒ６に近接する部分のみが接触しないように幅狭に形成されている。つまり、面取り部Ｒ５、Ｒ６の周囲のみに直接電極が接触しない無電極領域を形成することで上記形態と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
図４（ｂ）の導電パッド１２，１３は、前記段部に１ｂ、１ｃ全体に形成され、その一部の領域に、アルミナコートＡが被覆されている。このアルミナコートＡは、前記段部１ｂ、１ｃの水晶振動板の自由端側の稜線１１ｂ、１１ｃと接する前記面取り部Ｒ５、Ｒ６とこれに隣接する堤部に接触するように形成されている。つまり、面取り部Ｒ５、Ｒ６の周囲の電極の上部に導電性接合材の広がりを留める膜を形成することで、導電パッド１２、１３の外表面が前記面取り部Ｒ５、Ｒ６と接触しないように構成されるので、上記形態と同様の効果を奏することができる。なお、導電性接合材がはんだであれば、ぬれ性を低減させる膜が好ましい。
【００２７】
なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。例えば、導電性接合材としてはんだに限るものではない。低融点の金属ろう材や鉛フリーはんだ（錫銅はんだ、錫銀銅はんだ、錫銀はんだ、錫銀銅ビスマスはんだ等）にも適用できる。また、面取りとして曲率状のものに限らない。また、上記説明において圧電振動デバイスの例として、音叉型の水晶振動子を例示したが、厚みすべり振動する方形状の水晶振動子でもよい。例えば上記実施の形態において、水晶振動板の下部空間に発振回路を構成するＩＣを取り付け、必要な配線を行い、水晶発振器を構成してもよいし、また１素子または多素子からなる水晶フィルタ等の他の圧電振動デバイスにも適用できる。また、封止の方法として、ビーム溶接を例にしているが、シーム溶接による封止、あるいはガラス封止、樹脂封止等でもよい。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態を示す水晶振動板を搭載した状態における平面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図。
【図３】図１の水晶振動板を搭載する前の平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す水晶振動板を搭載した状態における平面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  セラミック多層基板
１０  堤部
１１  金属シール部
２  水晶振動板（圧電振動板）
１２、１３  導電パッド
【図１】
0004561521.tif 000002
【図２】
0004561521.tif 000003
【図３】
0004561521.tif 000004
【図４】
0004561521.tif 000005