(57)【要約】【課題】  本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、蓋体と圧電素子との間隔を一定にし、蓋体と圧電素子の励振用電極との間で発生する浮遊容量を変動しないようにすることで、圧電素子の発振周波数を良好に維持し続けることが可能な圧電デバイスを提供する。【解決手段】本発明の圧電デバイスは、基板部１１０ａと基板部１１０ａ上に設けられた枠部１１０ｂとで形成されている凹部Ｋを有するパッケージ１１０と、パッケージ１１０の凹部Ｋ内に配置された圧電素子１２０と、枠部１１０ｂ上に凹部Ｋを塞ぐようにして配置された蓋体１３０と、枠部１１０ｂ上に蓋体１３０と間を空けて蓋体１３０を取り囲むように設けられた枠状の堤部１１２と、蓋体１３０の上面のうち平面視して枠部１１０ｂで囲まれる領域を露出するとともに、堤部１１２と蓋体１３０との間に設けられた絶縁性部材１４０とを含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部と前記基板部上に設けられた枠部とで形成されている凹部を有するパッケージと、
前記パッケージの前記凹部内に配置された圧電素子と、
前記枠部上に前記凹部を塞ぐようにして配置された蓋体と、
前記枠部上に前記蓋体と間を空けて前記蓋体を取り囲むように設けられた枠状の堤部と、
前記蓋体の上面のうち平面視して前記枠部で囲まれる領域を露出するとともに、前記堤部と前記蓋体との間に設けられた絶縁性部材とを備えていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記絶縁性部材が前記堤部と前記蓋体との間の領域において枠部にも付着するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記堤部の上下方向の厚みが前記蓋体の上下方向の厚みより薄くなっており、前記絶縁性部材が前記蓋体上から前記堤部上まで跨るように設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスは、基板部上に枠部が設けられることで、凹部が形成されているパッケージと、凹部内に配置されている圧電素子と、凹部を塞ぐようにして配置されている蓋体と含んでいる。圧電デバイスは、蓋体が枠部上に配置され、蓋体を覆うようにして絶縁性部材が設けられていることで凹部内が気密封止されている構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。なお、圧電素子は、長方形状をなす水晶素板の両主面に励振用電極を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した圧電デバイスは、蓋体を覆うようにして絶縁性部材が設けられており、絶縁性部材に熱が加えられると絶縁性樹脂が熱膨張し、蓋体が絶縁性部材によってパッケージの凹部内の内側へ押されることにより反りが生じてしまう。特に、小型化した圧電デバイスでは、蓋体の上下方向の厚みが薄くなるため、蓋体が反りやすくなってしまう。そして、蓋体と圧電素子との間隔が変化することで、蓋体と圧電素子の励振用電極との間で発生する浮遊容量が変動し、圧電素子の発振周波数が変動してしまうといった課題があった。
【０００５】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、絶縁性部材に熱が加わったとしても、蓋体と圧電素子との間隔を一定にし、蓋体と圧電素子の励振用電極との間で発生する浮遊容量を変動しないようにすることで、圧電素子の発振周波数を良好に維持し続けることが可能な圧電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】
【０００６】
本発明の一つの態様による圧電デバイスは、基板部と基板部上に設けられた枠部とで形成されている凹部を有するパッケージと、パッケージの凹部内に配置された圧電素子と、枠部上に凹部を塞ぐようにして配置された蓋体と、枠部上に蓋体と間を空けて蓋体を取り囲むように設けられた枠状の堤部と、蓋体の上面のうち平面視して枠部で囲まれる領域を露出するとともに、堤部と蓋体との間に設けられた絶縁性部材とを含んでいる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様による圧電デバイスは、絶縁性部材が蓋体の上面のうち平面視して枠部で囲まれる領域を露出するとともに、堤部と蓋体との間に設けられており、絶縁性部材が熱膨張を起こしてもパッケージの凹部の内側に向かって蓋体の反りが生じることを抑制することができる。よって、圧電デバイスは、蓋体と圧電素子との間隔の変動を抑え、蓋体と圧電素子の励振用電極との間で発生する浮遊容量の変動を抑制することで、発振周波数を良好に維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における圧電デバイスの一例を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）は、本実施形態における圧電デバイスの蓋体を外した状態を示すパッケージの平面図であり、（ｂ）本実施形態における水晶デバイス示す平面図である。
【図４】図２（ａ）に示された圧電デバイスのＣ部分を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。なお、圧電素子として水晶素子を用いた場合について説明する。
【００１０】
本実施形態における圧電デバイスは、図１及び図２に示されているように、パッケージ１１０と、水晶素子１２０と、蓋体１３０及び絶縁性部材１４０とを含んでいる。
【００１１】
パッケージ１１０は、図１及び図２に示されているように、基板部１１０ａと、基板部１１０ａ上に設けられた枠部１１０ｂとを含んでいる。基板部１１０ａと枠部１１０ｂとで凹部Ｋが形成されている。
【００１２】
基板部１１０ａは、上面で水晶素子１２０を支持するための支持部材として機能するものである。基板部１１０ａの上面には、枠部１１０ｂと、枠部１１０ｂの内側に水晶素子１２０が接合されるための電極パッド１１１とが設けられ、下面の４隅には、外部接続用電極端子Ｇが設けられている。
【００１３】
基板部１１０ａは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックスのセラミック材料からなる絶縁層を、１層又は複数層積層することによって形成されている。基板部１１０ａの表面及び内部には、基板部１１０ａの上面の電極パッド１１１と基板部１１０ａの下面の外部接続用電極端子Ｇとを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）及びビア導体（図示せず）が設けられている。
【００１４】
枠部１１０ｂは、基板部１１０ａ上に水晶素子を収容するための凹部Ｋを形成するためのスペーサとして機能するものである。枠部１１０ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラス−セラミックスのセラミック材料からなり、基板部１１０ａと一体的に形成されている。枠部１１０ａ上の外周縁部には、枠状の堤部１１２が設けられている。
【００１５】
堤部１１２は、圧電デバイスの製造時に、蓋体１３０が枠部１１０ｂ上からずれ落ちないように位置決めするものである。また、堤部１１２は、枠部１１０ｂ上に蓋体１３０を位置決めする際のマーカーとしても利用することができる。
【００１６】
堤部１１２は、図１及び図３（ａ）に示されているように、枠部１１０ｂ上に後述する蓋体１３０と間を空けて蓋体１３０を取り囲むように設けられている。また、堤部１１２は、例えばタングステン（Ｗ）又はモリブデン（Ｍｏ）等の導体材料からなり、枠状に設けられている。図３（ａ）に示されているように、堤部１１２の外周縁部から内周縁部までの幅の長さは、約２５〜７０μｍである。図４に示されているように、堤部１１２の上下方向の厚みの長さは、約３０〜６０μｍである。
【００１７】
ここで、パッケージ１１０の作製方法について説明する。基板部１１０ａと枠部１１０ｂがアルミナセラミックスから成る場合、まず所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。次に、セラミックグリーンシートの表面或いはセラミックグリーンシートに打ち抜き等を施して予め穿設しておいた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷等によって所定の導体ペーストを塗布する。さらに、これらのグリーンシートを積層してプレス成形したものを、高温で焼成する。最後に、導体パターンの所定部位、具体的には、電極パッド１１１と外部接続用電極端子Ｇとなる部位にニッケルメッキ又は金メッキ等を施すことにより製作される。
【００１８】
水晶素子１２０は、図２（ａ）に示されているように、長方形状をなす水晶素板１２１の上面及び下面のそれぞれに励振用電極１２２、接続用電極１２３及び引き出し電極１２４を被着させた構造を有している。水晶素子１２０は、パッケージ１１０の基板部１１０ａに設けられている電極パッド１１１に導電性接着剤ＤＳを介して接続されている。本実施形態においては、水晶素子１２０の長辺方向の一端側を固定端部とし、長辺方向の他端側を先端部とした片保持構造にて水晶素子１２０がパッケージ１１０の基板部１１０ａ上に固定されている。
【００１９】
ここで、水晶素子１２０の動作について説明する。水晶素子１２０は、外部からの交番電圧が接続用電極１２３から引き出し電極１２４及び励振用電極１２２を介して水晶素板１２１に印加されると、水晶素板１２１が所定の振動モード及び周波数で励振を起こすようになっている。
【００２０】
ここで、水晶素子１２０の作製方法について説明する。まず、人工水晶体から所定のカットアングルで切断し外形加工を施すことによって水晶素板１２１を得る。そして、水晶素子１２０は、水晶素板１２１の両主面に従来周知のスパッタリング技術等によって金属膜を被着させることにより、励振用電極１２２、接続用電極１２３及び引き出し電極１２４を形成することにより製作される。
【００２１】
水晶素子１２０のパッケージへの接合方法について説明する。まず、導電性接着剤ＤＳが、電極パッド１１１上に例えばディスペンサによって塗布される。そして、水晶素子１２０が、治具で固定されたパッケージ１１０の凹部Ｋ内における導電性接着剤ＤＳ上に搬送される。さらに、水晶素子１２０が、導電性接着剤ＤＳ上に載置される。そして、水晶素子１２０は、導電性接着剤ＤＳを加熱硬化させることによってパッケージ１１０に接合される。
【００２２】
導電性接着剤ＤＳは、バインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものである。導電性粉末としては、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケル鉄（ＮｉＦｅ）のうちのいずれか、或いはこれらの組み合わせを含むものが用いられている。また、バインダーとしては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はビスマレイミド樹脂等が用いられる。
【００２３】
蓋体１３０は、例えば矩形状のＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などからなる平板状のものである。このような蓋体１３０は、真空状態にある凹部Ｋ又は窒素ガスなどが充填された凹部Ｋを気密的に封止するためのものである。
【００２４】
蓋体１３０は、図２及び図３（ｂ）に示されているように、枠部１１０ｂ上に凹部Ｋを塞ぐようにして堤部１１２の内側に配置される。蓋体１３０は、絶縁性部材１４０により堤部１１２と接合されている。蓋体１３０が堤部１１２の内側に配置されていることにより、蓋体１３０がパッケージ１１０の枠部１１０ｂ上から落下するような位置ずれを低減することができる。また、蓋体１３０の上下方向の厚みは、約７０〜１２０μｍであり、堤部１１２の上下方向の厚みよりも大きくなるように設定されている。
【００２５】
蓋体１３０は、枠部１１０ｂ上からの高さ位置が、堤部１１２の枠部１１０ｂ上からの高さ位置よりも高くなるように設定されていることで、絶縁性部材１４０を蓋体上から堤部１１２上にかけて被着させたときに、絶縁性部材１４０が高低差のある蓋体１３０側から堤部１１２側にかけて移動する。その後、絶縁性部材１４０は、移動後の状態で熱硬化することで、蓋体１３０で囲まれる領域に固着する絶縁性部材１４０の量を低減することができ、蓋体１３０上のうち平面視して枠部１１０ｂで囲まれる領域Ｄに被着しないようにすることができる。
【００２６】
蓋体１３０は、図４に示されているように、堤部１１２と蓋体１３０との間の領域Ｅにおいて枠部１１０ｂにも付着するように設けられていることによって、枠体１１０ｂに対して固定されている。蓋体１３０は、その側面と堤部１１２とが絶縁性部材１４０によって接合されている。よって、圧電デバイスは、蓋体１３０の下面と枠体１１０ｂとの間には絶縁性部材１４０が設けられていないため、絶縁性部材１４０を加熱硬化させる際に絶縁性部材１４０から発生するガスが凹部Ｋ内に入ることを低減することができる。
【００２７】
また、蓋体１３０を枠部上に設けた状態では、蓋体１３０と水晶素板１２１の上面に設けられた励振用電極１２２との間には、浮遊容量が形成されている。
【００２８】
絶縁性部材１４０は、図３（ｂ）及び図４に示されているように、堤部１１２と蓋体１３０との間に設けられている。また、絶縁性部材１４０は、蓋体１３０の側面を取り囲むように連続して設けられている。また、絶縁性部材１４０は、蓋体１３０の上面のうち平面視して枠部１１０ｂで囲まれる領域Ｄを露出するようにして設けられている。仮に、絶縁性部材１４０が、蓋体１３０上の領域Ｄを覆うように設けられていたとすると、絶縁性樹脂１４０が蓋体１３０から伝わる熱によって、絶縁性部材１４０が熱膨張を起こし、絶縁性部材１４０から蓋体１３０上の領域Ｄに熱応力が加わる。そして、蓋体１３０が下方に向かって撓むことで、蓋体１３０と励振用電極１２２との間で発生している浮遊容量が変動してしまう。そこで、絶縁性部材１４０が蓋体１３０上の領域Ｄを露出するように設けられることで、絶縁性部材１４０が凹部Ｋの内側に膨張しにくくすることができ、パッケージ１１０の凹部Ｋ１の内側方向に蓋体１３０の反りが生じることを抑制することができる。
【００２９】
絶縁性部材１４０は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又は封止ガラスからなり、堤部１１２と蓋体１３０とを接合させ、凹部Ｋ内を気密封止するためのものである。絶縁性部材１４０は、例えば絶縁性樹脂ペースト又はガラスペーストを堤部１１２と蓋体１３０との間に例えばディスペンス等で塗布し、熱硬化することで設けられる。
【００３０】
また、絶縁性部材１４０を堤部１１２と蓋体１３０との間に形成する際には、転写を用いても構わない。転写装置（図示せず）は、容器状回転台とスキージから構成されており、容器状回転台の凹部内に絶縁性樹脂ペーストを入れる。そして、容器状回転台の凹部底面で容器状回転台を回転させ、スキージで絶縁性樹脂ペーストをならして、絶縁性樹脂ペーストを平坦な状態にしておく。この絶縁性樹脂ペーストが平坦な状態になった後、枠状の転写用ピンを容器状回転台の凹部内の絶縁性樹脂ペーストに付け、絶縁性樹脂ペーストが付いた転写用ピンを堤部１１２と蓋体１３０との間に付着させることによって転写することができる。このようにすることで、堤部１１２と蓋体１３０との間に絶縁性部材１４０を設けることができる。
【００３１】
絶縁性部材１４０は、図３（ｂ）及び図４に示されているように、堤部１１２と蓋体１３０との間の領域Ｅにおいて枠部１１０ｂにも付着するように設けられている。圧電デバイスは、絶縁性部材１４０が堤部１１２と蓋体１３０との間の領域において枠部１１０ｂにも付着するように設けられていることによって、絶縁性部材１４０が蓋体１３０と、枠部１１０ｂ及び堤部１１２の３箇所に付着しているので、絶縁性部材１４０の接着面積を大きくすることで、蓋体１３０とパッケージ１１０との剥がれを低減することができる。
【００３２】
絶縁性部材１４０は、図４に示されているように、蓋体１３０上から堤部１１２上まで跨るように設けられている。このようにすることにより、断面視してフィレットが形成されている。ここで、“フィレット”とは、絶縁性部材１４０が堤部１１２上に傾斜形状をなして拡がるようにして設けられていることを示すものである。圧電デバイスは、小型化された場合においても、パッケージ１１０に対する絶縁性部材１４０の被着面積をさらに広く確保することができ、これによって蓋体１３０をパッケージ１１０に強固に接合させることが可能となる。
【００３３】
本実施形態における圧電デバイスは、枠部１１０ｂと蓋体１３０で囲まれる領域に絶縁性部材１４０が存在せず、堤部１１２と蓋体１３０との間に絶縁性部材１４０が設けられているため、絶縁性部材１４０を加熱硬化させる際に絶縁性部材１４０から発生するガスが凹部Ｋ内に入る虞を効果的に低減することができる。仮に、水晶素子１２０の励振用電極１２２に絶縁性部材１４０から発生したガスが付着したとすると、付着したガスの質量が励振用電極１２１の質量に付加されるため、水晶素子１２０の発振周波数が変動してしまう。そこで、絶縁性部材１４０を堤部１１２と蓋体１３０との間に設けることで、絶縁性部材１４０から発生したガスが水晶素子１２０に付着しないようにすることができ、水晶素子１２０の発振周波数が変動する虞を低減することができる。
【００３４】
本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性部材１４０が蓋体１３０の上面のうち平面視して枠部１１０ｂで囲まれる領域Ｄを露出するようにして設けられていることによって、絶縁性部材１４０が凹部Ｋ内に向かう方向に膨張することがないので、パッケージ１１０の凹部Ｋ内の方向に蓋体１３０の反りが生じることを低減することができる。よって、圧電デバイスは、蓋体１３０と水晶素子１２０との間隔の変動を抑え、蓋体１３０と水晶素子１２０の励振用電極１２２との間で発生する浮遊容量の変動を低減することで、水晶素子１２０の発振周波数を良好に維持し続けることが可能となる。
【００３５】
本実施形態における圧電デバイスは、絶縁性部材１４０が堤部１１２と蓋体１３０との間の領域Ｅにおいて枠部１３０にも付着するように設けられていることによって、絶縁性部材１４０が蓋体１３０、枠部１１０ｂ又は堤部１１２との３箇所に付着しているので、蓋体１３０がパッケージ１１０から剥がれることを低減することができる。
【００３６】
本実施形態における圧電デバイスは、蓋体１３０上から堤部１１２上まで跨るように設けられていることにより、絶縁性部材１４０のフィレットが形成されている。これにより圧電デバイスは、小型化されても、パッケージ１１０に対する絶縁性部材１４０の被着面積をさらに広く確保することができ、蓋体１３０をパッケージ１１０に強固に接合させることが可能となる。
【００３７】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前記本実施形態では、圧電素子として水晶を用いた場合を説明したが、他の圧電素子として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム又は圧電セラミックスを圧電素子として用いても構わない。
【００３８】
上記の実施形態では、堤部１１２は、導体材料を用いて形成した場合を説明したが、ガラスペースト等の絶縁材料を用いて形成しても構わない。また、堤部１１２は、基板部１１０ａ又は枠部１１０ｂと同様にセラミック材で一体的に形成しても構わない。
【符号の説明】
【００３９】
１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・枠部
１１１・・・電極パッド
１１２・・・堤部
１２０・・・圧電素子
１２１・・・水晶素板
１２２・・・励振用電極
１２３・・・接続用電極
１２４・・・引き出し電極
１３０・・・蓋体
１４０・・・絶縁性部材
Ｇ・・・外部接続用電極端子
ＤＳ・・・導電性接着剤
Ｋ１・・・凹部
【図１】
2013157885.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013157885.tif 000006