(57)【要約】【課題】  圧電振動板の小形化を実現しながら導電性接合材の接合状態にばらつきが生じることのない、より電気的特性の優れた表面実装型圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】  励振電極が形成された圧電振動板３と、前記圧電振動板を搭載する配線パターン１２，１３が形成された絶縁性ベース１と、前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在し、これら電気的機械的に接合してなる導電性接合材Ｓと、前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなるキャップを具備してなる表面実装型圧電振動デバイスであって、前記配線パターンの平面視形状を、前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在する導電性接合材の平面視形状と同様に形成した。【選択図】  図２
2007259098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極が形成された圧電振動板と、
前記圧電振動板を搭載する配線パターンが形成された絶縁性ベースと、
前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在し、これら電気的機械的に接合してなる導電性接合材と、
前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなるキャップを具備してなる表面実装型圧電振動デバイスであって、
前記配線パターンの平面視形状を、前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在する導電性接合材の平面視形状と同様に形成したことを特徴とする表面実装型圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記配線パターンの平面視形状を円形状または楕円形状としたことを特徴とする特許請求項１記載の表面実装型圧電振動デバイス。
【請求項３】
前記配線パターンは前記圧電振動板の一側部のみに形成され、圧電振動板を片持ち保持構造としたことを特徴とする特許請求項２記載の表面実装型圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックベース上に圧電振動板が実装された圧電振動子や圧電発振器などの表面実装型圧電振動デバイスに関するものであって、特に表面実装型圧電振動デバイスのパッケージ構造を改善するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な表面実装型圧電振動デバイスは、一面を開口させた箱型状体のセラミックベース（絶縁性ベース）と板状体のキャップとから構成されてなる。セラミックベースは、圧電振動板を搭載する収納部が形成されており、収納部底面の一側部には、圧電振動板を搭載支持する一対の支持台が設けられている。この一対の支持台には、下記する圧電振動板の励振電極と導電性接合材を介して導通する平面視矩形状の配線パターンがメタライズ等の手法により形成されている。圧電振動板は、例えば、Ｘ軸方向の辺とＺ'軸方向の辺とから構成される平面視矩形状のＡＴカット水晶振動板等からなる。この水晶振動板の長辺軸の指定は、一般的に、保持形態により選択されている。車載向けなどの耐衝撃性が求められるものでは、長辺側の両端を保持するために、長辺側の保持の影響が少ないＺ'軸方向を長辺とするものが多い。これに対して、Ｘ軸方向を長辺とするものでは、長辺側の保持の影響を受けやすいので片端側で保持する一方、水晶振動板の励振電極を大きく形成することができるので、励振領域を広くし、直列共振抵抗を改善したり、周波数可変量を広くすることができる。ＡＴカット水晶振動板等を用いた厚み振動系水晶振動子は、一般に水晶振動板の表裏面に一対の励振電極を正対向して形成し、当該励振電極に交流電圧を印加する構成である。つまり、水晶振動板の両主面には励振電極と、この励振電極を前記セラミックベースの支持台に形成された配線パターンと導通するための接続電極と、励振電極を接続電極に導通させるための引出電極が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。このように構成された圧電振動板を前記セラミックベースの支持台上部に搭載し、圧電振動板の接続電極と支持台上面の配線パターンの間に導電性接合材を介在させて、これらを電気的機械的に接合する。そして、圧電振動板が接合されたセラミックベースの開口部に前記キャップを搭載し、キャップの外周縁部とセラミックベースの開口面と接合することで、セラミックベースの収納部が気密封止される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、圧電振動板の小形化が益々進んでおり、圧電振動板の長辺寸法（例えば、Ｘ軸方向）は１．７ｍｍ以下、短辺寸法（例えば、Ｚ'軸方向）は１．２ｍｍ以下のものが開発されている。このように小形化された圧電振動板では、小形化に伴う圧電振動板の面積の縮小化に対して、励振電極の面積をできるだけ大きく設定し、励振領域を広くすることがより高性能な圧電振動板を得るために必要不可欠となっている。このように圧電振動板の励振領域を広くすることで、直列共振抵抗を改善したり、周波数可変量を広くすることができる。
【０００５】
このように小形化された圧電振動板では、導電性接合材による絶縁性ベースの配線パターンとの接合状態が圧電振動板の振動により大きく影響する。また、圧電振動板と配線パターンの間に介在する導電性接合材の接合状態（接合量や接合位置）は、絶縁性ベースの配線パターンへの導電性接合材の塗布状態（塗布量や塗布位置）によって決定づけられる。従って、絶縁性ベースの配線パターンへの導電性接合材の塗布状態を正しく管理することで、圧電振動板の振動特性に悪影響が及ばないようにすることが小型化された圧電振動板に対してより一層求められている。従来、このような導電性接合材の塗布状態の管理は、モニター画像等によって工程管理者が目視で確かめることが一般的であった。しかしながら、従来の表面実装型圧電振動デバイスの構成では、配線パターンは平面視矩形状に形成されており、この配線パターンに塗布される導電性接合材の平面視の塗布形状はディスペンサの塗布ノズルから突出されるのでほぼ円形状であることが多かった。このため、配線パターンと導電性接合材の平面視形状がお互いに異なっているので、導電性接合材の配線パターンへの塗布状態を目視で判断する作業は工程管理者の熟練を要し、かつ判断作業も非常に困難なものとなっていた。結果として、導電性接合材の塗布状態や接合状態にばらつきが生じやすくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電振動板の小形化を実現しながら導電性接合材の接合状態にばらつきが生じることのない、より電気的特性の優れた表面実装型圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の特許請求項１に示すように、励振電極が形成された圧電振動板と、前記圧電振動板を搭載する配線パターンが形成された絶縁性ベースと、前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在し、これら電気的機械的に接合してなる導電性接合材と、前記絶縁性ベースに被せて気密封止してなるキャップを具備してなる表面実装型圧電振動デバイスであって、前記配線パターンの平面視形状を、前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在する導電性接合材の平面視形状と同様に形成したことを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、前記配線パターンの平面視形状を、前記圧電振動板と前記絶縁性ベースの配線パターンの間に介在する導電性接合材の平面視形状と同様に形成しているので、絶縁性ベースの配線パターンへの導電性接合材の塗布状態（塗布位置と塗布量）を目視で判断する作業が極めて容易となり、導電性接合材を配線パターンに対して塗布する際の位置決めと導電性接合材の塗布量の調整が行いやすくなる。特に、配線パターンの中心点あるいは外周端の一部の接点等、配線パターンの特定部位に対して導電性接合材が塗布されることを定義化することで、塗布位置決めが行いやすくなる。また、平面視同形状の配線パターン外周端と導電性接合材の外周端の輪郭差を相対的に比較することで、配線パターンの対する相対的な割合で導電性接合材の塗布量が極めて容易に認識できるようになる。このため、導電性接合材を配線パターンに対して塗布する際の位置決め精度を向上させることができ、かつ導電性接合材の塗布量の調整も行いやすくなる。結果として、導電性接合材の接合状態のばらつきを低減することができるので、圧電振動板の振動特性に悪影響が及ばないより品質の高い表面実装型圧電振動デバイスが得られるようになる。
【０００９】
また、本発明の特許請求項２に示すように、上述の構成に加え、前記配線パターンの平面視形状を円形状または楕円形状としたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、上述の作用効果に加えて、前記配線パターンの平面視形状を円形状または楕円形状としているので、導電性接合材の溶融時、あるいは硬化時の熱伝導が配線パターンに対して均等に行われ、導電性接合材の溶融状態、あるいは硬化状態が安定する。結果として、圧電振動板に対して導電性接合材による不要な応力が生じにくくなるので、圧電振動デバイスにおける電気的諸特性を低下させることもない。
【００１１】
また、本発明の特許請求項３に示すように、上述の構成に加え、前記配線パターンは前記圧電振動板の一側部のみに形成され、圧電振動板を片持ち保持構造としたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、上述の作用効果に加えて、片持ち保持構造とすることで、励振領域をさらに広く設定することもできるので、直列共振抵抗を改善したり、周波数可変量を広くすることができる。さらに、圧電振動板の保持領域を縮小化することもできるので、表面実装型圧電振動デバイスの更なる小形化にも対応できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の表面実装型圧電振動デバイスによれば、圧電振動板の小形化を実現しながら導電性接合材の接合状態にばらつきが生じることのない、より電気的特性の優れた表面実装型圧電振動デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明による実施形態につき表面実装型の圧電振動デバイスとして表面実装型水晶発振器を例にとり図１と図２とともに説明する。図１は本発明の実施の形態を示す圧電振動板を搭載する前の平面図であり、図２は図１の圧電振動板を搭載した後の平面図である。表面実装型水晶発振器は、上部が開口した凹部を有するセラミックベース（絶縁性ベース）１と、当該セラミックベースの中に収納される集積回路素子２と、同じく当該セラミックベース中の上部に収納される圧電振動板３と、セラミックベースの開口部に接合されるキャップ（図示せず）とからなる。
【００１５】
セラミックベース１は全体として直方体で、アルミナ等のセラミックとタングステン等の導電材料を適宜積層した構成であり、断面でみて凹形の収納部１０を有する構成である。収納部１０は第１の収納部１０ａ（下部収納部）と第２の収納部１０ｂ（上部収納部）からなり、それぞれ圧電振動板３と集積回路素子２が収納される。収納部周囲には堤部１１が形成されており、堤部１１の上面は平坦であり、当該堤部上に周状の第１の金属層１１ａ（封止用部材）が形成されている。当該第１の金属層１１ａの上面も平坦になるよう形成されており、タングステン、ニッケル、金の順で金属膜層を構成している。タングステンは厚膜印刷技術を活用してメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、またニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。
【００１６】
セラミックベース側端部には上下方向に伸長する複数のキャスタレーションが形成されている。当該キャスタレーションは円弧状の切り欠きが上下方向に形成された構成である。なお、前記第１の金属層１１ａはセラミックベースの角部の堤部を上下に貫通接続する図示しない導電ビアにより、セラミックベース下面に形成された外部接続電極（図示せず）に電気的に導出されている。当該外部導出電極をアース接続することにより、後述の金属キャップが金属層１１ａ、導電ビアを介して接地され、電子部品の電磁気的なシールド効果を得ることができる。なお、前述のとおり、当該導電ビアは周知のセラミック積層技術により形成することができる。
【００１７】
セラミックベース１内部において、下方面には前述のとおり集積回路素子２を収納する第１の収納部１０ａと、後述する圧電振動板の一側部を保持する保持台１０ｃと、前記第１の収納部を介して前記保持台と対向位置する枕部１０ｄが形成されており、前記第１の収納部１０ａの上方には、第２の収納部１０ｂが形成されている。前記保持台の上面には、前記圧電振動子板用の配線パターン１２，１３が平面視円形状で、セラミックベースの短辺方向に並んで形成されている。各配線パターンは導電ビアにより反対面にあるセラミックベース下面に形成された外部接続端子電極（図示せず）にそれぞれ入出力端子として引き出される。また、前記第１の収納部１０ａの周辺部分で前記保持台と枕部の間には、集積回路素子２との配線パターン１６ａが複数並んで形成されている。このような構成のセラミックベースは周知のセラミック積層技術やメタライズ技術を用いて形成され、配線パターンは前述の金属層１１ａ形成と同様にタングステン等によるメタライズ層の上面にニッケルメッキ層、金メッキ層の各層が形成された構成である。
【００１８】
前記下部収納部に搭載される集積回路素子２は、圧電振動板３とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子であり、その一面には接続端子（図示せず）が複数形成されている。当該集積回路素子２は、集積回路素子の複数の接続端子と前記セラミックベースに形成された複数の接続パッド１６ａとをそれぞれ例えばフェイスダウンボンディング工法により接続される。
【００１９】
前記集積回路素子２の上方には所定の間隔を持って圧電振動板３が搭載される。圧電振動板３は、例えば、Ｘ軸方向を長辺とする矩形状のＡＴカット水晶振動板であり、その表裏面に対向して一対の矩形状励振電極（図示せず）と、この励振電極を前記セラミックベースの支持台に形成された配線パターン１２，１３と導通するための接続電極（図示せず）と、励振電極を接続電極に導通させるための引出電極（図示せず）が形成されている。これら各電極は真空蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成手段により形成することができる。
【００２０】
圧電振動板とセラミックベースとの接合は、ペースト状の導電性接合材Ｓを用いており、例えば銀フィラー等の金属微小片を含有するシリコーン系導電樹脂接着剤をあげることができる。シリコーン系以外に例えば、ウレタン系、イミド系、ポリイミド系、エポキシ系の導電樹脂接着剤を用いることができる。図１に示すように、前記導電性接合材Ｓは、前記配線パターン１２，１３の平面視形状と相似形状となるように、断面円形状のディスペンサの塗布ノズルを使用して供給されており、当該配線パターン１２，１３の上部の中心点に対して円形状で導電性接合材Ｓを塗布されている。この状態で、圧電振動板２を配線パターン１２，１３に上部に搭載するとともに導電性接合材を硬化させることで、図２に示すように、前記圧電振動板２と前記セラミックベースの配線パターン１２，１３の間に介在する導電性接合材Ｓの平面視形状も配線パターン１２，１３と相似形状となり、圧電振動板の引出電極と配線パターンとを電気的機械的接続することができる。この形態では、圧電振動板３をセラミックベース１に片持ち保持された構造となっている。
【００２１】
上記形態では、配線パターン１２，１３の中心点（特定部位）に対して導電性接合材Ｓの中心部を塗布することで、所定寸法の圧電振動板の角部分（接続電極部分）に導電性接合材Ｓの配置されるように定義化されている。このため、配線パターン１２，１３の中心点に対して導電性接合材Ｓを塗布することで、塗布位置決め精度が向上するようになる。なお、この配線パターンに対する特定部位の設定は、中心点に限らず、圧電振動板の寸法や保持形態に応じて、外周端の一部の接点等のように適宜定義化することができる。また、平面視同形状の配線パターン１２，１３の外周端と導電性接合材Ｓの外周端の輪郭差を相対的に比較することで、配線パターン１２，１３の対する相対的な割合で導電性接合材Ｓの塗布量が極めて容易に認識できるようになり、導電性接合材Ｓの塗布量の調整も行いやすくなる。
【００２２】
このように、前記配線パターン１２，１３の平面視形状を、前記圧電振動板３と前記セラミックベースの配線パターンの間に介在する導電性接合材Ｓの平面視形状と同様に形成（相似形）しているので、セラミックベースの配線パターン１２，１３への導電性接合材Ｓの塗布状態（塗布位置と塗布量）を目視で判断する作業も極めて容易となり、導電性接合材Ｓを配線パターン１２，１３に対して塗布する際の位置決めと導電性接合材Ｓの塗布量の調整が行いやすくなる。結果として、導電性接合材Ｓの接合状態のばらつきを低減することができるので、圧電振動板３の振動特性に悪影響が及ばない。また、前記配線パターン１２，１３の平面視形状を円形状としているので、導電性接合材Ｓの硬化時の熱伝導が配線パターン１２，１３に対して均等に行われ、導電性接合材Ｓの硬化状態が安定する。結果として、圧電振動板３に対して導電性接合材Ｓによる不要な応力が生じにくくなる。さらに、前記配線パターン１２，１３は前記圧電振動板３の一側部のみに形成され、圧電振動板３を片持ち保持構造としていることに加え、配線パターン１２と配線パターン１３、および導電性接合材Ｓの接合部分は円形状であるので、これら配線パターン１２，１３と導電性接合材Ｓの接合部分は圧電振動板３の励振領域に対応した状態で配置できる。つまり、圧電振動板３のＸ軸方向の中心線を挟んで配線パターン１２と配線パターン１３が円形状で形成され、各配線パターンの導電性接合材Ｓの接合部分も円形状で配置されるので、振動変位エネルギの強く、振動が伝播しやすいＸ軸方向の中心線に近接するに従いこれらの配線パターンと導電性接合材の接合部分も圧電振動板の中心部から離隔するように設定される。このため、圧電振動板の振動を阻害しにくい保持構造となる。以上により、圧電振動デバイスにおける直列共振抵抗値等の電気的諸特性がより優れたものとなる。
【００２３】
セラミックベースを気密封止するキャップ（図示せず）は、例えば、コバール等からなるコア材に金属ろう材（封止材）が形成された構成であり、より詳しくは、例えば上面からニッケル層、コバールコア材、銅層、銀ろう層の順の多層構成であり、銀ろう層がセラミックベースの第１の金属層と接合される構成となる。金属キャップの平面視外形はセラミックベースの当該外形とほぼ同じであるか、若干小さい構成となっている。
【００２４】
セラミックベース１の収納部１０に集積回路素子２と圧電振動板３を格納し、前記金属キャップにて被覆し、金属キャップの封止材とセラミックベースの封止用部材を溶融硬化させ、気密封止を行う。本実施の形態においては、封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を行っており、前記金属キャップの長辺と短辺の稜部に沿ってシームローラを走行させることで、金属キャップに形成された銀ろう（封止材）とセラミックベース１の第１の金属層１１ａ（封止用部材）を溶接させ、気密封止が行われる。
【００２５】
上述の実施形態の変形例について、図３、図４とともに説明する。図３、図４は、それぞれ本発明の実施形態の変形例を示す圧電振動板を搭載した後の平面図である。なお、基本構成は上述の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るとともに、相違点のみを説明する。
【００２６】
図３では、セラミックベースの保持台の上面には、前記圧電振動子板用の配線パターン１２，１３が平面視楕円形状で短辺方向に並んで形成されており、前記圧電振動板２と前記セラミックベースの配線パターン１２，１３の間に介在する導電性接合材Ｓの平面視形状も配線パターン１２，１３と相似形状である楕円形状に形成している。また、配線パターン１２，１３の外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した接点部分（特定部位）に対して導電性接合材Ｓの外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した接点部分を塗布することで、所定寸法の圧電振動板の接続電極部分に導電性接合材Ｓが配置されるように定義化されている。このため、配線パターン１２，１３の外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した接点部分に対して導電性接合材Ｓの外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した接点部分を塗布することで、塗布位置決め精度が向上するようになる。また、平面視同形状の配線パターン１２，１３の外周端と導電性接合材Ｓの外周端の輪郭差を相対的に比較することで、配線パターン１２，１３の対する相対的な割合で導電性接合材Ｓの塗布量が極めて容易に認識できるようになり、導電性接合材Ｓの塗布量の調整も行いやすくなる。
【００２７】
図４では、セラミックベースの保持台の上面には、前記圧電振動子板用の配線パターン１２，１３が平面視矩形状で、前記圧電振動板の対角方向に形成されており、前記圧電振動板２と前記セラミックベースの配線パターン１２，１３の間に介在する導電性接合材Ｓの平面視形状も配線パターン１２，１３と相似形状である矩形状して形成している。この変形例では、圧電振動板３をセラミックベース１に両持ち保持された構造となっている。また、配線パターン１２，１３の外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した角部分（特定部位）に対して導電性接合材Ｓの外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した角部分を塗布することで、所定寸法の圧電振動板の接続電極部分に導電性接合材Ｓが配置されるように定義化されている。このため、配線パターン１２，１３の外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した角部分に対して導電性接合材Ｓの外周端のうち圧電振動板の中央から最も隔離した角部分を塗布することで、塗布位置決め精度が向上するようになる。また、平面視同形状の配線パターン１２，１３の外周端と導電性接合材Ｓの外周端の輪郭差を相対的に比較することで、配線パターン１２，１３の対する相対的な割合で導電性接合材Ｓの塗布量が極めて容易に認識できるようになり、導電性接合材Ｓの塗布量の調整も行いやすくなる。
【００２８】
上記実施形態では、配線パターンと導電性接合材の平面視形状を同様に形成する場合、相似形状のものを例にしているが、平面視形状と面積がともに同一のものでもよい。矩形の場合、長方形に対して正方形などのように一辺のみの寸法比率が異なるものであってもよい。封止用の金属リングを用いないシーム溶接による気密封止を例にしているが、封止用の金属リングを用いてもよく、レーザーや電子ビームなどのビーム封止や、低融点金属ろう材を用いた雰囲気加熱封止、封止材としてガラスを用いたガラス封止等であってもよい。また、圧電振動板とセラミックベースとの接合に用いる導電性接合材は、樹脂接着剤に限らず、メッキバンプや金属ろう材などであってもよい。さらに、集積回路素子とセラミックベースとの電気的接続は、フェイスダウンボンディング工法に限らず、ワイヤーボンディング工法などを採用してもよい。表面実装型圧電振動デバイスとして、水晶発振器を例にしたが、水晶振動子や他の圧電発振器、圧電振動子にも適用できる。
【００２９】
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できるので、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求範囲によって示すものであって、明細書本文に拘束されるものではない。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】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態を示す圧電振動板を搭載する前の平面図。
【図２】図１の圧電振動板を搭載した後の平面図。
【図３】本発明の実施形態の変形例を示す圧電振動板を搭載した後の平面図。
【図４】本発明の実施形態の変形例を示す圧電振動板を搭載した後の平面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  セラミックベース
２  集積回路素子
３  圧電振動板
Ｓ  導電性接合材
【図１】
2007259098.tif 000003
【図２】
2007259098.tif 000004
【図３】
2007259098.tif 000005
【図４】
2007259098.tif 000006