(57)【要約】【課題】  複数の圧電振動子を基板に搭載する際に必要となる表面積を低減した圧電振動子を提供すること。【解決手段】  表裏に一対の励振電極を形成した圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するための凹部を有する容器と、前記容器に接合することにより前記容器とともに前記圧電振動片を収容する密閉空間を形成する蓋体とからなる圧電振動子において、前記一対の励振電極に各々電気的に接続される一対の振動片保持端子が前記凹部の底面に複数の対数を形成した。表裏に一対の励振電極を形成した圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するための凹部を有する容器と、前記容器に接合することにより前記容器とともに前記圧電振動片を収容する密閉空間を形成する蓋体とからなる圧電振動子において、前記一対の励振電極に各々電気的に接続される一対の振動片保持端子が前記凹部の底面に複数の対数を形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏に一対の励振電極を形成した圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するための凹部を有する容器と、前記容器に接合することにより前記容器とともに前記圧電振動片を収容する密閉空間を形成する蓋体とからなる圧電振動子において、前記一対の励振電極に各々電気的に接続される一対の振動片保持端子が前記凹部の底面に複数の対数形成されたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子であって、前記一対の振動片保持端子に各々電気的に接続される一対の導電路が前記容器の１辺に沿って形成された一対の接続端子に接続され、前記一対の導電路及び一対の接続端子は複数の対数形成される圧電振動子。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電振動子であって、前記一対の振動片保持端子に各々電気的に接続される一対の導電路が前記容器の対向する２辺に１つずつ形成された一対の接続端子に各々接続され、前記一対の導電路及び一対の接続端子は複数の対数形成される圧電振動子。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の圧電振動子であって、前記容器の外形が長方形もしくは正方形である圧電振動子。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電振動子であって、前記容器に形成される前記接続端子の位置が前記容器の中心に対し２回回転対称もしくは４回回転対称である圧電振動子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の圧電振動子を上下に接合した複合型圧電振動子。
【請求項７】
請求項６に記載の複合型圧電振動子であって、前記凹部の底面に配置された前記圧電振動片が上下に隣接する前記圧電振動子同士で平面視で重ならないよう前記圧電振動子を接合したことを特徴とする複合型圧電振動子。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の複合型圧電振動子であって、上下に隣接する前記圧電振動子にて前記圧電振動子の前記容器の外周に形成された接続端子が平面視で上下に重なる位置に形成され、前記圧電振動子同士を接合する際に前記接続端子同士が電気的に接続されることを特徴とする複合型圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容器内に圧電振動片を収容した構成を有する圧電振動子及び複数の圧電振動子を組み合わせた複合型圧電振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子は周波数信号を出力する発振回路の周波数源として、様々な用途にて広く使われている。圧電振動子が搭載される代表的な電子機器として携帯電話が挙げられるが、携帯電話には常に小型化が要求されている。従って、携帯電話の内部の基板に搭載される圧電振動子についても、圧電振動子自身が占める搭載表面積を小さくすることが要求されている。
【０００３】
従来の複合圧電デバイスについて、図８を用いて説明する。図８は従来の複合圧電デバイスの断面図である。特許文献１には図８に示すように二つの圧電デバイスを上下に重ねることで表面積を削減することのできる複合圧電デバイスが示されている。
【０００４】
この複合圧電デバイスは二つの圧電振動子をリードフレーム２３を介して上下逆向きに接合してなる。それぞれの圧電振動子は凹部１１を有する容器１０内部に圧電振動片１２
を収容している。圧電振動片１２は振動片保持端子１５に塗布された導電性接着剤１４にて凹部１１底面に固着される。また、圧電振動片１２に形成された励振電極は振動片保持端子１５を経由して容器１０底面に形成された接続端子１７に電気的に接続されている。
【０００５】
さらに容器１０に金属カバー１３を接合することで圧電振動片１２を収容する密閉空間を形成している。上部に位置する圧電振動子の接続端子１７はリードフレーム２３に接続され、リードフレームが下部に位置する圧電振動子の接続端子付近まで延出することで、複合圧電デバイスの底面にて電気的接続がなされるよう構成されている。また、上部に位置する圧電振動子の周囲には封止樹脂２５を塗付する。
【０００６】
このような構造とすることで、一つの圧電デバイスの面積で複数の用途をもつ複合圧電デバイスを提供することが出来る。
【０００７】
しかしながら、この複合圧電デバイスでは二つの圧電デバイスの間にリードフレームを用いており、組み立ての際に工数が必要となり、コストが上昇する恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５０７８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は複数の圧電振動子が基板に搭載される際に必要となる表面積の低減を図るためになされたものであり、さらに、複数の圧電振動子を重ね合わせても電気的特性の劣化のない圧電振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電振動子は、表裏に一対の励振電極を形成した圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するための凹部を有する容器と、前記容器に接合することにより前記容器とともに前記圧電振動片を収容する密閉空間を形成する蓋体とからなる圧電振動子において、前記一対の励振電極に各々電気的に接続される一対の振動片保持端子が前記凹部の底面に複数の対数形成されたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の圧電振動子は、前記一対の振動片保持端子に各々電気的に接続される一対の導電路が前記容器の１辺に沿って形成された一対の接続端子に接続され、前記一対の導電路及び一対の接続端子は複数の対数形成されたことを特徴としている。また、本発明の圧電振動子は、前記一対の振動片保持端子に各々電気的に接続される一対の導電路が前記容器の対向する２辺に１つずつ形成された一対の接続端子に各々接続され、前記一対の導電路及び一対の接続端子は複数の対数形成されたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の圧電振動子は、前記容器の外形が長方形もしくは正方形であることを特徴としている。本発明の圧電振動子は、前記容器に形成される前記接続端子の位置が前記容器の中心に対し２回回転対称もしくは４回回転対称であることを特徴としている。
【００１３】
本発明の複合型圧電振動子は、圧電振動子を上下に接合したことを特徴としている。
本発明の複合型圧電振動子は、圧電振動子を上下に接合した複合型圧電振動子であって、
前記凹部の底面に配置された前記圧電振動片が上下に隣接する前記圧電振動子間で平面視で重ならないよう前記圧電振動子を接合したことを特徴としている。
本発明の複合型圧電振動子は、上下に隣接する前記圧電振動子にて前記圧電振動子の前記容器の外周に形成された接続端子が平面視で上下に重なる位置に形成され、前記圧電振動子同士を接合する際に前記接続端子同士が電気的に接続されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
従来の圧電振動子では、配線基板に複数の圧電振動子を搭載する際に、基板上に一つずつ配置する必要があり、そのために少なくとも圧電振動子の表面積を合計した面積が配線基板に必要となり、小型化の妨げとなっていた。
本発明では、容器の凹部内に圧電振動片を搭載する振動片保持端子を複数の対数配置し、容器の外周部に圧電振動片と電気的に接続した接続端子を複数の対数配置し、接続端子を容器の側面だけでなく、上面及び底面に渡って形成し、圧電振動子を上下に重ね合わせた際に電気的な接続を可能とした構成とすることで、複数の圧電振動子を密着させ、実装面積を有効に利用できる。
【００１５】
また、各々任意の周波数で製造した個別の圧電振動子を組み合わせることで、例えば客先の仕様に合わせた複合型圧電振動子を容易かつ効率的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）本発明における第１の実施の形態における圧電振動子の平面図である。（ｂ）本発明における第１の実施例の圧電振動子のＡ−Ａ断面図である。（ｃ）本発明における金属カバー周囲に接合材を充填した第１の実施例の圧電振動子のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）本発明における第１の実施の形態における複合型圧電振動子を構成する各圧電振動子の平面図である。（ｂ）本発明における第１の実施例の複合型圧電振動子の側面図である。
【図３】本発明における第１の実施の形態の容器に導電体を埋設した圧電振動子の断面図である。
【図４】（ａ）本発明における第１の実施の形態の圧電振動子（両持ち）の平面図である。（ｂ）本発明における第１の実施の形態の複合型圧電振動子を構成する各圧電振動子の平面図である。
【図５】本発明における第１の実施の形態の圧電振動子（長辺寸法低減）の平面図である。
【図６】本発明における第１の実施の形態の圧電振動子（振動片保持端子間隔低減）の平面図である。
【図７】本発明における第２の実施の形態の複合型圧電振動子を構成する各圧電振動子の平面図である。
【図８】従来の複合圧電デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明における第１の実施例の圧電振動子の平面図である。圧電振動子は、凹部１１を有する容器１０内に圧電振動片１２を収容し、金属カバー１３で封止したものである。
図１（ａ）に示すように、容器１０の凹部１１底面には圧電振動片１２が導電性接着剤１４を介して固定される複数の振動片保持端子１５が配置されている。振動片保持端子１５は凹部１１の底面に形成された導電路１６、容器１０に形成された貫通電極（不図示）を介して、容器１０の上面、側面及び底面にわたって形成された接続端子１７に電気的に接続される。接続端子１７としては圧電振動子の一対の励振電極１８のいずれかに接続されたもの、貫通電極等を介して金属カバー１３に接続され、接地端子として用いられるものが形成される。
【００１９】
容器１０は例えばセラミックからなり、複数の層が重ね合わされ、形成されている。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）に示されるように容器１０の凹部１１の開口端面には内周側に段差部２０が形成されている。さらに段差部２０の平坦面にはメタライズ（不図示）が形成されている。そして、メタライズの上に金属リング２１（シールリング）を配置する。この金属リング２１に溶融金属、例えばニッケルメッキを介在させることで金属カバー１３を接合する。金属カバー１３の厚みは段差部２０の高さより、小さいもしくは等しくする。
【００２０】
このように金属カバー１３を開口端面の内周に形成した段差部２０に配置することで、複数の圧電振動子を上下に重ねる際に金属カバー１３が容器１０に干渉することなく、接続端子１７の電気的接続を確実にすることができる。接続端子１７は段差部の形成された領域よりも外側の開口端面の外周に形成されている。
【００２１】
圧電振動片１２は例えばＡＴカットの水晶振動片からなり、矩形の薄片状に成形されたものが用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、主面（ＹＺ面）が結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分だけ傾斜されている。圧電振動片１２として他にもＢＴカットの水晶振動片、音叉型の水晶振動片を用いてもよい。さらには圧電振動片を構成する材料としては水晶以外の圧電材料、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックを用いることもできる。
【００２２】
圧電振動片１２の両主面には励振電極１８が形成され、励振電極１８に電気的に接続された引出電極１９により圧電振動片１２の周縁部まで引き出されている。圧電振動片１２の一主面にて励振電極１８から引き出された引出電極１９は圧電振動片１２の周縁部にて折り返され、他主面まで引出電極１９が延出されている。圧電振動片１２の周囲四辺の内の一辺側にて保持する、いわゆる片持ちタイプでは引出電極１９が延出された一辺の両端に配置され、これに対応するように容器１０の凹部１１表面に一対の振動片保持端子１５が形成される。
【００２３】
励振電極１８及び引出電極１９は圧電振動片１２の表面に下地として形成されるクロム(Ｃｒ)層とクロム層の表面に形成される金（Ａｕ）層からなる積層構造を有している。これらの電極は複数の圧電振動片１２をメッキ枠に収容した後、スパッタもしくは蒸着にて形成される。
もしくは、圧電振動片１２を個片にする前のウェハ状態にて積層の金属膜を形成した後、フォトレジストを用いることでこれらの電極を形成した後に個片に分断することで形成してもよい。
【００２４】
容器１０の凹部１１内には振動片保持端子１５が配置され、圧電振動片１２は導電性接着剤１４を介して振動片保持端子１５に固定される。導電性接着剤１４としては例えばシリコン系導電性接着剤が用いられるが、ポリイミド系、ウレタン系、あるいはエポキシ系の導電性接着剤などが用いられてもよい。
【００２５】
容器１０内の凹部１１表面には、その他に導電路１６が形成されるが、振動片保持端子１５及び導電路１６は金（Ａｕ）等の導電材料にて形成されている。容器１０の短辺方向の両端に接続端子１７が形成され、接続端子１７に接続されるように一対の振動片保持端子１５より導電路１６が上下逆向きにそれぞれ長辺の外周まで延出されている。容器１０の短辺に沿うように形成される接続端子１７は容器１０の枠壁内に形成された貫通電極を介して、金属カバー１３に電気的に接続されている。そしてこれらの接続端子１７は接地電極として用いられることになる。
【００２６】
従来の圧電振動子では圧電振動片の引出電極の端部が搭載される位置に振動片保持端子が一対のみ形成されるのに対し、本発明では容器の表面に複数の対となる振動片保持端子が形成される。本発明の効果を有するためには２つの対が最低限必要であるが、特に対数の上限はない。図１（ａ）にて示されるように、第１の実施の形態においては、容器１０の長辺方向に計３対の振動片保持端子が並んで形成されている。
【００２７】
さらに、これらの振動片保持端子１５の対は搭載する圧電振動片１２の領域（図１（ａ）においては振動片保持端子１５に対して搭載が可能な３つの圧電振動片１２の領域）が他の圧電振動片１２の領域と重なることの無いように配置されている。これにより複数の圧電振動子を重ねて配置した場合にも上下の圧電振動片１２が平面視で重なることが無いために、浮遊容量等の発生に起因する周波数のバラツキが生じることがない。
【００２８】
また、図１（ｃ）のように段差部２０と金属カバー１３の空隙及び金属カバー１３の表面には接合材２２を塗布してもよい。金属カバー１３と段差部２０との間の間隙及び金属カバー１３の表面に接合材２２を塗布することにより表面の高さを揃えるようにしてもよい。これにより、外部からの湿気の流入を防ぎ、耐湿、耐蝕性の向上を図ることができる。接合材２２の材料としてはエポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【００２９】
これまで、本発明について１つの圧電振動子の構成について説明したが、実際には本発明の圧電振動子を基板上に複数重ねて搭載する、複合型圧電振動子として用いることになる。以降では、この複合型圧電振動子として用いる場合の詳細について図２を用いて説明する。
【００３０】
図２（ａ）は本発明における第１の実施の形態における複合型圧電振動子を構成する各圧電振動子の平面図である。図２（ｂ）は本発明における第１の実施の形態における複合型圧電振動子の側面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の複合型圧電振動子は圧電振動子を三段に重ねた構成からなる。圧電振動子の凹部１１内に配置された対となる振動片保持端子１５に圧電振動片１２を１つずつ搭載する。
【００３１】
個々の圧電振動子を上下に接続するには、圧電振動子の接続端子１７同士の間に例えばはんだペースト、クリームはんだ等と呼ばれるペースト状のはんだ材料を塗布し、その結果、形成されるはんだ膜を介在させ、２８０℃前後のリフロー炉を通すことで、上下の圧電振動子を接合する。３つの圧電振動子を接合した様子が図２（ｃ）の側面図に示され、複合型圧電振動子として完成する。
【００３２】
図３は本発明における第１の実施の形態の容器１０を形成する積層セラミックの間に導電体２６を埋設した圧電振動子の断面図である。セラミックの層間には印刷により電極を形成し内部配線により接地電極に接続することで接地された導電体２６が設けられている。このような導電体２６が設けられることにより、接地される金属カバー１３及び導電体２６にて圧電振動片１２が挟み込まれた構造であるため、複合型圧電振動子を基板に実装した際に、基板の配線パターンによる電磁界の影響、また上下に配置される個々の圧電振動子の影響、さらには基板の近傍に配置される他のデバイスならびに回路からの電磁界的な影響による周波数の変化を無くすことができる。
【００３３】
また、振動片保持端子１５の対の数と圧電振動子の数については、圧電振動子が必要な数、圧電振動子を重ねる必要がある個数と振動片保持端子１５の対の数を等しくなるように容器を設計しても良い。また、重ねる必要がある個数より多い振動片保持端子１５の対の数の容器を共通に用意し、振動片保持端子１５の対の数以下の圧電振動子を重ねる場合に用いることでもよい。
【００３４】
図４（ａ）は本発明における第１の実施の形態の圧電振動子（両持ち）の平面図である。図４（ｂ）は本発明における第１の実施の形態の複合型圧電振動子（振動片保持端子の位置ずらし）を構成する各圧電振動子の平面図である。
図４（ａ）では図１（ａ）等に示された片持ちタイプとは異なる、圧電振動片１２の長辺方向の両端に表裏で異なる方向に引出電極１９が引き出された両持ちタイプの圧電振動片１２を適用する構成を示している。この場合、容器１０の短辺方向の両端にそれぞれ１つずつの振動片保持端子１５を配置し、これらの振動片保持端子１５に導電性接着剤１４を介して圧電振動片１２が固定される。
【００３５】
また、図４（ｂ）のように、振動片保持端子１５に搭載する圧電振動片１２が片持ちタイプの場合に、容器１０の長辺方向に並べた振動片保持端子１５の対が、交互に異なる長辺に近接する位置に配置するようにしてもよい。このように振動片保持端子１５の対を配置することで、振動片保持端子１５が近接する位置に２つ以上並ぶことが無くなるため、圧電振動片１２を導電性接着剤１４で固定する際に、電気的短絡の発生を抑制することができる。これに対し、図１（ａ）等に示された構成であると、複数の振動片保持端子１５の対が隣接するため、異なる対の振動片保持端子１５同士が導電性接着剤１４により電気的に短絡した場合に、複合型圧電振動子としての電気的特性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００３６】
図５は本発明における第１の実施の形態の圧電振動子（長辺寸法低減）の平面図である。図５に示すように、圧電振動片１２の短辺方向と容器１０の短辺方向を揃えることで、容器１０の短辺方向の長さを図１（ａ）等の構成に比べて、短くすることが出来る。さらに図５に点線で示されている隣接する圧電振動子に収容された圧電振動片が平面視で重なるように振動片保持端子１５の対を長辺方向に近接させて並べることで、容器１０の長辺方向の長さも短くすることが出来る構成となっている。この結果、圧電振動子を複数接合した複合型圧電振動子の表面積を小さなものとすることができる。
【００３７】
図６は本発明における第１の実施の形態の圧電振動子（振動片保持端子間隔低減）の平面図である。
容器１０の凹部１１底面に形成した振動片保持端子の複数の対の間隔を短くし、容器１０外形を正方形としたもので、上下の圧電振動子を重ねた際に圧電振動片１２が平面視で重なることになるが、圧電振動子を重ねた複合型圧電振動子の表面積を小さなものとすることが出来る。また、上下を重ね合わせる際に中央の振動片保持端子１５に圧電振動片を搭載した圧電振動子に関しては１８０°回転させても同様に重ね合わせることができ、圧電振動子同士の接合の前に、電気的特性の測定を行い、特性の優れた向きを確認した後に接合することで、複合型圧電振動子の特性の向上を図ることが出来る。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図７は本発明における第２の実施の形態の複合型圧電振動子を構成する各圧電振動子の平面図である。以下の実施例では第１の実施の形態と同じ部分に関しては第１の実施の形態と同じ符号を用いて、その説明を省略する。
【００３９】
図７に示されるように、平面形状が略正方形である容器１０の各辺に一対の振動片保持端子１５が配置される。そして第１の実施の形態と同様に一対の振動片保持端子１５に励振電極１８及び引出電極１９を形成した圧電振動片１２が導電性接着剤１４を介して、固定される。
【００４０】
振動片保持端子１５から導電路１６が延び、近接する辺に形成された接続端子１７に電気的に接続されている。図７の四つの平面図に示されるように正方形の一辺の近接する位置に一つの圧電振動片１２が搭載され、四つの圧電振動片１２が正方形の中心に対して９０°ずつ回転した位置に配置されることになる。このような構成により最大４つの圧電振動子を積層させた構造にて、基板上に配置することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の圧電振動子及び複合型圧電振動子は例えば次のような構成での利用が可能である。複数の発振回路を含む集積回路と接続することで、複数の周波数信号が得られる発振器の小型化が可能である。また、圧電振動子と発振回路を組み合わせた発振器を二組用意して、一方の周波数信号を温度情報として用いる恒温槽型圧電発振器を構成することで、検知する温度の精度向上を図ることが可能である。さらには複数の圧電振動子と複数の発振回路と切替器を組み合わせることで異なる周波数の切り替えが可能な発振器の小型化を達成することが出来る。  
【符号の説明】
【００４２】
１０・・・容器、１１・・・凹部、１２・・・圧電振動片、１３・・・金属カバー、１４・・・導電性接着剤、１５・・・振動片保持端子、１６・・・導電路、１７・・・接続端子、１８・・・励振電極、１９・・・引出電極、２０・・・段差部、２１・・・金属リング、２２・・・接合材、２３・・・リードフレーム、２４・・・半田、２５・・・封止樹脂、２６・・・導電体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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