(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、一方の端部において前記パッケージの内部に片持ち式に実装した圧電振動片とを有し、前記圧電振動片が他方の端部に少なくともその下面に或る厚さを有する弾性緩衝体を有し、前記パッケージが前記圧電振動片の実装面に、前記圧電振動片の他方の端部に対応する領域に或る高さの枕部を有し、前記枕部と前記圧電振動片の他方の端部及び前記弾性緩衝体との間に設けられる隙間が、前記弾性緩衝体の厚さ及び前記枕部の高さ分だけ前記圧電振動片の他方の端部と前記実装面との隙間よりも小さいことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記弾性緩衝体が、硬化後に弾性を有する樹脂接着剤からな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】
前記圧電振動片が、厚みすべりモードを主振動とする圧電振動片であ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】
前記弾性緩衝体が、前記圧電振動片の励振電極が設けられていない部分に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記圧電振動片が、弾性表面波振動片であ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６】
前記弾性緩衝体が、前記弾性表面波振動片の電極膜が設けられていない部分に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記パッケージの内部に実装されたＩＣ素子を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用される圧電振動子、圧電発振器やＳＡＷデバイス等の圧電デバイスに関し、特に圧電振動片を片持ち式に支持するパッケージ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、情報通信機器やコンピュータ等のＯＡ機器、民生機器等の様々な電子機器に、例えば電子回路のクロック源としての圧電振動子、圧電振動子とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。特に最近は、これら電子機器の小型化、薄型化に伴い、圧電デバイスのより一層の小型化・薄型化が要求されると共に、装置の回路基板への実装に適した表面実装型の圧電デバイスが多く採用されている。
【０００３】
図４は、パッケージ１の内部に封止されたＡＴカット水晶振動片２を有する従来の表面実装型圧電振動子の典型例を示している。パッケージ１は、絶縁材料からなるベース３と、その上端に例えばシーム溶接によりシールリング４を介して接合された金属製の蓋５とから構成される。水晶振動片２は、矩形水晶薄板の両面に形成した励振電極６と該励振電極からの引出電極とを有し、その基端部において、各引出電極をベース３表面に設けた接続電極７に整合させて、導電性接着剤８で片持ち式に実装されている。
【０００４】
このような圧電振動片を片持ち式に支持するパッケージ構造では、圧電振動子に落下等の衝撃が加わったときに、圧電振動片の自由端が大きく振れてパッケージ内面に衝突し、欠けや割れ等の破損を生じる虞がある。そこで、ベース３表面の水晶振動片２の先端自由端部付近には、金属材料の蒸着やめっき等のメタライズにより所謂枕部９を任意に形成して、ベース底面との隙間を小さくすることにより、圧電振動片の自由端をベース底面と接触させて、その上下の振れ幅を抑制し、耐衝撃性を向上させる手法が知られている。
【０００５】
同様に耐衝撃性を向上させるために、例えば特開平７−３５４２２８号公報には、パッケージ内部の底面に対向配置した２つの段差の一方に圧電振動片の一端を固定し、かつ自由端を他方の段差から僅かに離隔して片持ち式に固定支持することにより、圧電振動片の上面と蓋の内面との間隔を或る値以下に小さくした圧電振動子の構造が開示されている。また、特開平１０−２３８８２号公報には、傾斜面としたパッケージ内部の底面に圧電振動片を片持ち式に支持し、該傾斜面の上り側と圧電振動片の自由端とが僅かな隙間で離隔されるようにした構成が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように圧電振動片を片持ち式に支持する圧電デバイスは、従来の落下等の衝撃による圧電振動片の破損に加えて、最近は、小型化されるに連れて、例えば携帯電話に搭載されるバイブレータやスピーカのような、同じ電子機器に搭載される別の装置が使用中に生じる機械的振動との共振を起こす虞が生じている。かかる場合には、圧電振動片の自由端部がパッケージ内面に接触する可能性が高くなり、周波数特性の劣化を起こしかねないという問題がある。
【０００７】
これに対し、従来の金属材料からなる枕部やパッケージ内部の段差又は傾斜面により圧電振動片の自由端とパッケージ内面との隙間を小さくした圧電デバイスでは、共振によるパッケージ内面との衝突を十分に吸収することができない。特に、圧電デバイスの小型化・薄型化を図るためには、圧電振動片の自由端が上下に大きく振れてもパッケージ内面と衝突しない十分な隙間を設けることが困難である。
【０００８】
また、圧電デバイスの小型化・薄型化により圧電振動片とパッケージ内面との隙間が小さくなるに連れて、圧電振動片の自由端がパッケージ内面に接触した状態のまま、導電性接着剤で固定される虞があり、そのために圧電振動子の周波数にばらつきが生じたり、周波数特性に悪影響を与えるという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、圧電振動片をパッケージ内に片持ち式に支持した圧電デバイスにおいて、より一層の小型化・薄型化への要求に対応しつつ、落下や振動等に対する優れた耐衝撃性を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、パッケージと、その一方の端部において前記パッケージの内部に片持ち式に実装した圧電振動片とを有し、前記圧電振動片が他方の端部に弾性緩衝体を有することを特徴とする圧電デバイスが提供される。
【００１１】
このように構成することにより、圧電振動片の他方の端部即ち自由端部とパッケージ内面との隙間が小さくなるので、外部からパッケージに作用する衝撃や振動で圧電振動片の自由端部が振れたり振動するときの振れ幅が小さくなる。このため、圧電振動片の自由端部がパッケージ内面に衝突したときの衝撃を小さくすることができ、かつその衝撃を弾性緩衝体で吸収することができ、圧電デバイスの耐衝撃性が大幅に向上する。
【００１２】
また、圧電振動片をパッケージに実装する際に、弾性緩衝体がパッケージ内面に接触した状態で固定しても、その周波数特性に与える影響が少ないので、高い性能安定性及び信頼性が得られる。
【００１３】
或る実施例では、前記パッケージが圧電振動片の実装面に、前記圧電振動片の他方の端部に対応する領域に枕部を有することにより、圧電振動片の他方の端部即ち自由端部とパッケージ内面との隙間をより小さくでき、その振れ幅をより小さくできるので、好ましい。
【００１４】
弾性緩衝体は、硬化後に弾性を有する樹脂接着剤からなり、これを圧電振動片の他方の端部に付着かつ硬化させることにより、従来の製造工程を利用して、比較的簡単で安価に形成することができる。
【００１５】
圧電振動片は厚みすべりモードを主振動とする圧電振動片であることが好ましく、その場合に弾性緩衝体は圧電振動片の励振電極が設けられていない部分に配置することが好ましい。
また、厚電振動片は弾性表面波振動片であることが好ましく、その場合に弾性緩衝体は弾性表面波振動片の電極膜が設けられていない部分に配置することが好ましい。
【００１６】
また、本発明によれば、圧電デバイスはパッケージの内部に実装されたＩＣ素子を更に有するものであってもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用した圧電振動子の好適な実施例を概略的に示しており、パッケージ１１内にＡＴカット水晶振動片１２が封止されている。パッケージ１１は、概ね矩形のベース１３と、その上端にシールリング１４を介して、例えばシーム溶接により接合された金属製の蓋１５とから構成される。別の実施例では、金属製の蓋１５をはんだ等の金属ろう材で接合し、又はガラス製の蓋を低融点ガラス等でベース１３上端に接合することができる。
【００１８】
ベース１３は、セラミックス材料の薄板からなる底板部１６とその上にフレーム１７とを積層した概ね矩形箱状の構造を有する。底板部１６の上面には、その一方の端部付近に左右１対の接続電極１８、１８が形成され、かつ底板部表面に形成された配線パターン１９を介してベース１３底面の外部電極２０に電気的に接続されている。これらの電極及び配線パターンは、一般にＷ、Ｍｏ等の金属配線材料をセラミック薄板表面にスクリーン印刷しかつその上にＮｉ、Ａｕをめっきすることにより形成される。
【００１９】
水晶振動片１２は、長方形の水晶薄板からなり、その両面にそれぞれ励振電極２１が形成され、かつ一方の端部即ち基端部には、左右に各励振電極からの引出電極２２、２２が形成されている。水晶振動片１２は、その基端部において各引出電極２２をベース１３の対応する接続電極１８と整合させ、導電性接着剤２３で片持ち式に固定されかつ電気的に接続されている。
【００２０】
本実施例の水晶振動片１２は、その自由端部の一方の角部付近に弾性緩衝体２４が、その上下両面に或る程度の厚さを有するように設けられている。弾性緩衝体２４は、水晶振動片１２の周波数特性に影響を与えないように、励振電極２１が設けられていない水晶部分に配置される。本実施例では、弾性緩衝体２４を前記自由端部の一方の角部に配置したが、想像線２４´で示すように、自由端の中央付近や反対側の角部付近に設けることができ、また２個所以上の位置に設けることもできる。また、水晶振動片１２の自由端部が振れてパッケージ１１内面と接触したときの衝撃は、ベース１３との接触の方が蓋１５との接触よりも大きいと考えられるから、弾性緩衝体２４は少なくとも水晶振動片の下面に設けられていることが必要である。
【００２１】
弾性緩衝体２４は、硬化後に弾性を有しかつより好適には電気的絶縁性を有する、例えばシリコーン系、ウレタン系などの公知の樹脂接着剤で形成することができる。特にＵＶ（紫外）硬化性の樹脂接着剤は、硬化させるための処理が比較的容易であり、水晶基板及び電極膜に何ら影響を与えることなく、所定位置に所望の形態で硬化させることができるので好ましい。
【００２２】
弾性緩衝体２４の形成は、従来工程に従って電極膜を形成した水晶振動片をウエハから切り出した後、適当なノズル手段を用いて個々の水晶振動片の所定個所に前記樹脂接着剤を塗布し、これを紫外線照射等で硬化させることにより、比較的簡単にかつ安価に行うことができる。このようにして弾性緩衝体を設けた水晶振動片１２は、従来と同様に公知の導電性接着剤を用いてベース１３に片持ち式にマウントし、周波数調整を行った後に、窒素雰囲気内で蓋１５をベース１３に接合してパッケージ１内に気密に封止する。
【００２３】
本実施例の水晶振動子は、水晶振動片１２の自由端部とベース１３の実装面及び蓋１５内面との隙間が弾性緩衝体２４の厚さ分だけ小さくなる。このため、これを搭載した電子機器の落下による衝撃や、該電子機器に搭載される別の装置の機械的振動との共振により、水晶振動片１２の自由端部が振れたり振動しても、その振れ幅が小さくなるので、パッケージ内面に衝突したときの衝撃を小さくすることができ、かつその衝撃を弾性緩衝体で吸収することができる。従って、水晶振動子の耐衝撃性が大幅に向上する。
【００２４】
更に、弾性緩衝体２４を形成する樹脂接着剤が電気的絶縁性を有すると、ベース１３実装面や蓋１５内面と接触したときに電気的ショートを起こす虞が無いので有利である。また、そのため、水晶振動片１２とベース１３実装面及び蓋１５内面との隙間を従来より小さくすることができ、パッケージの薄型化を図ることができる。
【００２５】
図２は、図１の水晶振動子の変形例を示している。この実施例は、ベース１３実装面の、少なくとも弾性緩衝体２４を含む水晶振動片１２の自由端部に対応する領域に所謂枕部２５が形成されている点において、図１の実施例と異なる。枕部２５は、前記各電極と同様に、Ｗ等の金属材料をセラミック薄板表面にスクリーン印刷することにより形成される。この枕部を設けることにより、水晶振動片１２の自由端部とベース１３実装面との隙間がより小さくなり、水晶振動子に外力が作用して水晶振動片が振動したときに、その振れ幅をより小さくすることができるので、耐衝撃性がより一層向上する。
【００２６】
実際に、図２の水晶振動子について、枕部２５の高さを変えて水晶振動片１２との隙間を少しずつ変化させ、多数のサンプルについて落下衝撃試験を行った。落下衝撃試験は、所定の重量を有する直方体のステンレス製治具の上面及び一方の側面にサンプルの水晶振動子を１個ずつ、互いに直交する３方向に衝撃力が作用するように向きを変えて貼り付け、一定の高さ例えば約１５０cmから床面に落下させ、これを数回繰り返した後に各水晶振動子を取り外してその周波数を測定し、所定の周波数範囲外となったものを不良品としてその発生率を算出するものである。その結果、枕部２５の高さを高くして水晶振動片１２との隙間を小さくする程、不良品発生率が低くなる即ち良品率が高くなることが確認された。
【００２７】
図３は、本発明による水晶発振器の実施例を示しており、水晶振動片１２に加えて、これと電気的に接続されたＩＣチップ２６がパッケージ１１内に実装されている点において、図１の実施例と異なる。ベース１３は、底板部１６がセラミックス材料からなる複数の薄板の積層構造を有し、その中央に画定される空所２７の底部にＩＣチップ２６が固着され、かつその上面に設けられた複数の電極パッドが、底板部１６上面に形成されたリード端子（図示せず）とボンディングワイヤ２８で電気的に接続されている。別の実施例では、ＩＣチップ２６を空所２７底部にフェイスダウンボンディング方式で実装することができる。
【００２８】
水晶振動片１２は、上記各実施例と同様に、その引出電極を形成した基端部において、底板部１６上面の一方の端部付近に形成した接続電極１８に導電性接着剤２３で片持ち式に固定支持されている。水晶振動片１２の自由端部には、図１の実施例と同様に、硬化後に弾性を有しかつより好適には電気的絶縁性を有する樹脂接着剤を付着させかつ硬化させた弾性緩衝体２４が設けられており、落下による衝撃や振動に対する耐衝撃性を大幅に向上させている。また、別の実施例では、底板部１６上面の、少なくとも弾性緩衝体２４を含む水晶振動片１２の自由端部に対応する領域に枕部を形成して、耐衝撃性をより一層向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本発明は水晶以外のタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの様々な圧電材料からなる振動片や、弾性表面波振動片を有する圧電デバイスについても同様に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明の圧電デバイスによれば、圧電振動片の自由端部に設けた弾性緩衝体により、パッケージ内面との隙間を小さくして圧電振動片の自由端部の振れ幅を小さくし、パッケージ内面に衝突したときの衝撃を小さく、かつ弾性緩衝体で吸収することができるので、小型化・薄型化に対応しつつ、外部からの衝撃や振動に対する耐衝撃性を大幅に向上させることができ、高い信頼性及び安定性を有する高品質の圧電デバイスが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ図は本発明による水晶振動子の好適な実施例を示す断面図、Ｂ図はその平面図である。
【図２】本発明の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明による水晶発振器の実施例を示す断面図である。
【図４】従来の水晶振動子の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１  パッケージ
２、１２  水晶振動片
３、１３  ベース
４、１４  シールリング
５、１５  蓋
６、２１  励振電極
７、１８  接続電極
８、２３  導電性接着剤
９、２５  枕部
１９  配線パターン
２０  外部電極
２２  引出電極
２４  弾性緩衝体
２６  ＩＣチップ
２７  空所
２８  ボンディングワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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