(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形形状が概略直方体で、一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、
前記凹部を囲繞する前記容器体の側壁部における前記凹部開口側頂面上に設けられた封止材と、
前記凹部内に搭載された圧電振動素子と、
前記容器体の外側底面から側面にかけて設けられた、前記圧電振動素子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極端子と、
前記凹部の開口部を覆うように前記封止材上に配置され、前記封止材と接合することにより前記凹部内を気密封止する金属製の蓋体とから構成される圧電デバイスであって、
前記容器体の側壁部の外側側面の一部、前記圧電デバイスの外部に露出している前記封止材及び前記蓋体の表面が、二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層により被覆されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
外形形状が概略直方体で、一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、
前記凹部を囲繞する前記容器体の側壁部における前記凹部開口側頂面上に設けられた封止材と、
前記凹部内に搭載された圧電振動素子と、
前記凹部内に搭載され、且つ少なくとも前記圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子と、
前記容器体の外側底面から側面かけて設けられた、且つ前記集積回路素子に内蔵された電子回路と電気的に接続した複数個の外部接続用電極端子と、
前記凹部の開口部を覆うように前記封止材上に配置され、前記封止材と接合することにより前記凹部内を気密封止する金属製の蓋体とから構成される圧電デバイスであって、
前記容器体の側壁部の外側側面の一部、前記圧電デバイスの外部に露出している前記封止材及び前記蓋体の表面が、二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層により被覆されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
前記封止材の材質が、Ａｕ−Ｓｎ合金であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品の一つである圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動素子を内部に搭載した圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、電子部品の一つとして、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。
【０００３】
図５は、従来の圧電振動子を示した分解斜視図である。又、図６は、図５記載の切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。図５及び図６に示すように、圧電振動子１００は、主に容器体１０１と圧電振動素子１１０と蓋体１２０により構成されている。
【０００４】
圧電振動素子１１０は、圧電材料として水晶を用いた平面視音叉型の外形形状を有する水晶素板１１１の表面に、振動用電極、周波数調整用電極、又は収納する容器体と電気的に接続を取るために用いる容器体接続用電極等の各種電極を形成することにより構成されている。この水晶素板１１１の厚み寸法は例えば約１００μｍであり、基部１１２と、その基部１１２の一辺から同一方向に突出して形成された２本の振動腕部１１３とにより大略的に構成されている。このような水晶素板１１１の音叉型の外形形状は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により作られるのが一般的である。
【０００５】
圧電振動素子１１０は、絶縁性の素材で作られた外形が概略直方体の容器体１０１に設けられた、容器体１０１の一方の主面に開口部を有する凹部１０２内に搭載される。又、この凹部１０２内に搭載された圧電振動素子１１０は、容器体１０１の外側底面に形成された外部接続用電極端子１０３のうちの所定の端子と電気的に接続している。更に、圧電振動素子１１０が搭載された凹部１０２は、金属製の蓋体１２０を凹部１０２開口部に被せて、容器体１０１側壁部の凹部１０２開口側頂面に設けられている封止材１０４を介して接合し気密封止されている。又、封止材１０４の材質としてはＡｕ−Ｓｎ合金が用いられている。（例えば、特許文献１参照）
尚、圧電振動素子の外形形状には、音叉型の他に、例えば平面視形状が円形型、矩形型、又は平面視外形は矩形であり圧電振動素子の励振部分の厚みが励振部分以外の厚みより薄く加工されている、所謂逆メサ型等がある。
【０００６】
又、圧電デバイスとしては、前記説明した圧電振動子の他に、容器体内の凹部内に、圧電振動素子とその圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子とを一緒に搭載した形態の圧電発振器（例えば、特許文献２参照）や、内部に搭載する圧電振動素子をフィルタとして機能させた圧電フィルタ（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００７】
圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスは、現在薄型化が進み、厚み寸法が１ｍｍ以下のものが開発製造されている。又、このような圧電デバイスは、抵抗やコンデンサなどの他の電子部品と共に、マザーボード等に形成された外部の電子回路配線に、リフロー等の加熱手段を用いて、外部接続用電極端子と電子回路配線との間を半田ペーストにより導通固着することで搭載されている。
【０００８】
そこで従来の圧電デバイスでは、その容器体の外側底面に設けられた外部接続用電極端子の一部を容器体の側面にまで延設した形状としている。この容器体側面に延設された部分の外部接続用電極端子には、半田による導通固着の際に、半田のフィレットが形成される。このフィレットにより、外部接続用電極端子と電子回路配線との間の接合力を増強し、且つ半田の接合状態を外部より視認できるようにしている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２２９２８３号公報
【特許文献２】特開２００６−５４３２１号公報
【特許文献３】特開平９−３３１２２８号公報
【特許文献４】特開２００２−２０８７６５号公報
【００１０】
尚、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、容器体側面にまで外部接続用電極端子が延設した圧電デバイスでは、薄型化が更に進むと、マザーボード等に形成された外部の電子回路配線に導通接合する半田の量によっては、フィレットにおける半田の容器体側面への這い上がり部分の高さが高くなってしまう。そのため高く這い上がった半田のフィレットが金属製の蓋体や封止材に接触し、特に蓋体よりも外部接続用電極端子に近い位置となる封止材には接触し易くなる。この接触により蓋体や封止材を介して異なる外部接続用電極端子間で短絡を起こす恐れがある。
【００１２】
又、圧電デバイスを導通接合する半田として、その共晶成分として銀が含まれている半田を用いた場合、半田のフィレット部分が、容器体と蓋体とを接合しているＡｕ−Ｓｎ合金の封止材と接触すると、半田の銀成分の影響で接触した部分のＡｕ−Ｓｎ合金の共晶温度が低下する恐れがある。部分的に封止材の共晶温度が低下した場合、封止材の溶融凝固による接合形態にムラが生じ、容器体と蓋体との間の気密封止が不良になる恐れがある。
【００１３】
更に、フィレットの大きさを精密にコントロールするためには、マザーボードに搭載する圧電デバイスを含む電子部品の種類毎に半田量を加減し、接続する電子部品毎に最適な半田量を精密に管理する必要がある。この管理作業は非常に煩雑であり、電子部品をマザーボードに搭載する工程が複雑化し、且つその搭載工程時間が延びてしまう恐れがある。
【００１４】
本発明の目的は、半田のフィレットが蓋体や封止材に接触することがなく、その接触に起因する不具合を生じず、且つマザーボード等への搭載工程の簡易化が図れる圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前記課題を解決するために成されたものであり、一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、この凹部を囲繞する容器体の側壁部における凹部開口側頂面上に設けられた封止材と、凹部内に搭載された圧電振動素子と、容器体の外側底面から側面にかけて設けられた、圧電振動素子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極と、凹部の開口部を覆うように封止材上に配置され、この封止材と接合することにより凹部内を気密封止する金属製の蓋体とから構成される圧電デバイスであって、容器体の側壁部の外側側面の一部と、圧電デバイスの外部に露出している封止材及び蓋体の表面とが、二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層により被覆されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００１６】
又は、一方の主面に開口部を有する凹部が形成された容器体と、この凹部を囲繞する容器体の側壁部における凹部開口側頂面上に設けられた封止材と、凹部内に搭載された圧電振動素子と、容器体の外側底面から側面にかけて設けられた、圧電振動素子と電気的に接続したものを含む複数個の外部接続用電極部と、少なくとも圧電振動素子と電気的に接続した発振回路を内蔵した集積回路素子と、凹部の開口部を覆うように前記封止材上に配置され、封止材と接合することにより凹部内を気密封止する金属製の蓋体とから構成される圧電デバイスであって、容器体の側壁部の外側側面の一部と、圧電デバイスの外部に露出している封止材及び蓋体の表面とが、二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層により被覆されていることを特徴とする圧電デバイスである。
【００１７】
又、前記封止材の材質が、Ａｕ−Ｓｎ合金であることを特徴とする前記記載の圧電デバイスでもある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の圧電デバイスでは、半田が容器体側面にまで延設した外部接続用電極端子により容器体側面への這い上がり、半田のフィレット部分が蓋体の高さまで達した場合でも、容器体側面から蓋体の表面にかけて設けた二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層により、半田のフィレット部分が金属製の蓋体又は封止材に接触することを防ぐことができる。よって、フィレット部分が形成された半田により、異なる外部接続用端子間における短絡を防止することができる。特に共晶温度が高い鉛フリー半田を用いる場合には、樹脂などに比べて耐熱性が高い二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層を用いることにより、より確実に半田のフィレット部分が金属製の蓋体又は封止材に接触することを防ぐことができる。
【００１９】
又、共晶成分として銀が含まれている半田を用いた場合でも、この耐熱絶縁層を設けたことにより、半田のフィレット部分がＡｕ−Ｓｎ合金の封止材と接触することを防止することができる。よって、半田接触の影響で封止材の共晶温度が部分的に低下することがなく、封止材の接合形態が封止材全体で一定となり、容器体と蓋体の間の気密封止状態が良好となる。
【００２０】
更に、本発明のような構造の圧電デバイスを用いることで、圧電デバイスをマザーボードに搭載する際に、圧電デバイスに対し半田量が多く用いられた場合でも、その半田のフィレット部分が蓋体や封止材に接触することがないので、その接触に起因する問題点の発生が防止できる。よって、マザーボードに接続する電子部品の種類毎に最適な半田量を精密に管理するような煩雑な工程を用いる必要がなくなる。例えば、マスクを使用した印刷手段等の簡易な方法でマザーボードの電子部品搭載位置に一括で半田を設け、そこに圧電デバイスを含む電子部品をリフロー手段で一括搭載する工程を用いることができ、電子部品搭載工程の時間を短縮することができる。
【００２１】
因って本発明は、圧電デバイスの外部接続用電極端子に形成される半田のフィレット部分が蓋体や封止材に接触することがなく、外部接続用電極端子間で蓋体を介した短絡や気密封止不良を生じず、且つ搭載工程の簡易化が図れる圧電デバイスを提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を添付した各図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態において、同一の構成要素には同一の符号を付す。又各図では説明を明りょうにするために構成要素の一部を図示せず、図示した寸法も一部誇張している。特に各構成要素の厚み方向の寸法は誇張して図示している。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスを示した外観斜視図である。図２は、図１のＣ部分の拡大図である。図３は図１の切断線Ｂ−Ｂで切断した概略断面図である。図１乃至３に示す圧電デバイス１０は、圧電振動子であり、大略的に容器体１１、圧電振動素子１２、蓋体１３及び耐熱絶縁層１４で主に構成される。
【００２４】
容器体１１は、図１及び図３に示すように、外形形状が平面視矩形状の平板形状である基板１１ａと、外周サイズが基板１１ａと同じサイズの枠体１１ｂとにより構成されている。容器体１１は、基板１１ａの一方の主面に枠体１１ｂをそれぞれの主面外周を合わせて接合することにより、概略直方体の外形形状を有している。容器体１１には、基板１１ａと枠体１１ｂとを接合することにより、基板１１ａの一方の主面と枠体１１ｂの内側面により囲繞された凹部１５（図３参照）が形成されている。この基板１１ａ及び枠体１１ｂは、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料を焼成して構成されている。
【００２５】
図３に示すように、この凹部１５内底面の一短辺近傍には、その短辺に沿って２個一対の圧電振動素子接続用電極パッド１６が設けられている。この圧電振動素子接続用電極パッド１６は、基板１１ａの他方の主面の各角部に設けられた外部接続用電極端子１７のうちの所定の端子と電気的に接続している。尚、外部接続用電極端子１７の一部は、容器体１１の丸取りされた側面角部内を、容器体１１外側底面から凹部１５開口部方向に向かって延設した形状となっている。
【００２６】
又、凹部１５を囲繞する容器体１１側壁部の凹部１５開口側頂面には封止材１８が設けられている。この封止材１８は、容器体１１側壁部の凹部１５開口側頂面全周にわたり帯状に設けられており、その材質はＡｕ−Ｓｎ合金となっている。
【００２７】
圧電振動素子１２は、圧電素材の水晶からなる水晶素板と、その表面に設けられた電極により構成されている。水晶素板は、人工水晶体から所定のカットアングルで切り出し、外形を基部１２ａと、この基部１２ａの一辺より同一方向に延びる２本の振動腕部１２ｂからなる平面視音叉形状の平板形状に加工したものである。圧電振動素子１２は、その水晶素板に、振動腕部１２ｂ表面に振動用電極及び周波数調整用電極と、基部１２ａ表面に容器体接続用電極と、振動用電極と容器体接続用電極とを電気的に接続する引き出し電極とを設けることで構成される。この圧電振動素子１２において、外部からの変動電圧が両主面の振動用電極を介して水晶素板に印加されると、圧電振動素子の振動腕部が屈曲振動モードで所定の周波数値の振動を起こすようになっている。
【００２８】
蓋体１３は、４２アロイ，コバール又はリン青銅等の金属からなり、平面視形状は矩形状の平板である。又、蓋体１３の主面外周サイズは、蓋体１３で容器体１１の凹部１５開口部を覆った際に、容器体１１を構成する枠体１１ｂの凹部開口側頂面に蓋体１３主面の外周辺縁部が載置できる大きさとなっている。
【００２９】
圧電振動素子１２は、容器体１１の凹部１５内底面に設けられた圧電振動素子接続用電極パッド１６上に、圧電振動素子１２に設けられた容器体接続用電極が対向するように配置される。この圧電振動素子１２の容器体接続用電極と圧電振動素子接続用電極パッド１６とを、導電性接着剤１９にて導通固着する。又、蓋体１３は、枠体１１ｂの凹部１５開口側の頂面上に設けられた封止材１８上に、凹部１５の開口部を覆う形態で配置されている。圧電振動素子１２が内部に搭載された凹部１５は、加熱手段により溶融しその後凝固した封止材１８を介して、蓋体１３が容器体１１に固着することにより気密封止される。
【００３０】
圧電デバイス１０には、図１及び図３に示すように、蓋体１３が封止材１８を介して接合された容器体１１の外側側面の一部分から蓋体１３の圧電デバイス外に露出している表面にかけて、耐熱絶縁材によりなる耐熱絶縁層１４が設けられている。この耐熱絶縁層１４を構成する耐熱絶縁材の材料としては、二酸化珪素又は酸化アルミニウムが用いられている。尚、この耐熱絶縁層１４は、加熱溶融した半田のフィレット部分が耐熱絶縁層１４に付着した場合でも、半田と封止材１８又は蓋体１３との間に介在し続け、半田と封止材１８又は蓋体１３との電気的且つ機械的な接触を阻止できる程度の耐熱性を有している。この耐熱絶縁層１４の形成方法としては、二酸化珪素や酸化アルミニウムを材料とする場合は、スパッタリング法や蒸着法を用いて形成する。
【００３１】
圧電デバイス１０では、このような耐熱絶縁層１４を設けた構造としたことにより、圧電デバイス１０を外部の電子回路基板に搭載する際に、外部接続用電極端子１７に形成された半田のフィレット部分が、金属製の蓋体１３又は封止材１８に電気的及び機械的に接触することがない。従って、圧電デバイス１０は、フィレットが形成された半田が蓋体１３又は封止材１８に接触することによって、蓋体１３又は封止材１８を介して異なる外部接続用端子１７間が短絡することを防止できる。特に共晶温度がＳｎ−Ｐｂ系半田と比べて高いＳｎ−Ｃｕ−Ａｇ系やＳｎ−Ａｇ系の鉛フリー半田を用いる場合には、樹脂などに比べて耐熱性が高い二酸化珪素又は酸化アルミニウムからなる耐熱絶縁層１４を用いることにより、より確実に半田のフィレット部分が金属製の蓋体１３又は封止材１８に接触することを防ぐことができる。
【００３２】
又、Ａｕ−Ｓｎ合金を封止材１８の素材として用いた場合、銀成分を含んだ半田が封止材１８に接触すると、半田に含まれている銀成分の影響で、その接触した部分の封止材１８の共晶温度が約２８３℃から約２１０℃へ低下してしまう。共晶温度が約２１０℃に低下した部分を有する封止材により気密封止された圧電デバイスに、例えばリフロー工程等で２４０℃の熱が印加された場合、共晶温度が低下した部分の封止材が溶融軟化し、凹部１５内の気密が維持できなくなる恐れがある。そこで耐熱絶縁層１４は、Ａｕ−Ｓｎ合金の封止材１８を用いた圧電デバイス１０において、銀成分を含んだ半田が封止材１８に接触することを阻止する。これにより、圧電デバイス１０では、封止材１８であるＡｕ−Ｓｎ合金の共晶温度が部分的に低下することがなく、封止材１８の接合形態が封止材１８全体で一定となり、圧電デバイス１０の気密封止が良好に維持できる。
【００３３】
更に、耐熱絶縁層１４を設けた構造の圧電デバイス１０を用いることで、圧電デバイス１０をマザーボード等の外部の電気回路網に接続搭載する際に、圧電デバイス１０に対して半田量が多く用いられても、その半田のフィレット部分が蓋体１３や封止材１８に接触することがないので、前記のような接触に起因する問題点の発生が防止できる。よって、マザーボードに接続する電子部品の種類毎に最適な半田ペースト量を精密に管理するような煩雑な工程を用いる必要がなくなる。例えば、マスクを使用した印刷手段等の簡易な方法でマザーボードの電子部品搭載位置に半田を設け、リフロー手段等で圧電デバイス１０を含む電子部品を一括で搭載する工程を用いることができ、電子部品搭載工程の時間を短縮することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスを示した概略断面図である。図４に示した圧電デバイス４０は、所謂圧電発振器である。第２の実施形態は、容器体４１に形成された凹部４２内に圧電振動素子１２の他に、圧電振動素子１２に交番電圧を供給しつつその圧電振動素子１２から所定の周波数値の出力信号を得るための発振回路を少なくとも内蔵し、且つ容器体４１の外側底面に設けられた外部接続用電極端子４３と電気的に接続した集積回路素子４４が搭載されている点で、第１の実施形態とは異なっている。
【００３５】
このような構成の圧電デバイス４０においても、第１の実施形態と同様に、耐熱絶縁層４５が、容器体４１の外側側面の一部と、圧電デバイス４０外部へ露出している封止材４７及び蓋体４６の表面とを覆うように設けられている。この耐熱絶縁層４５を設けたことにより、第１の実施形態と同様に、圧電デバイス４０の外部接続用電極端子４３に形成される半田のフィレット部分が蓋体４６や封止材４７に接触することがなく、異なる外部接続用電極端子４３間で蓋体４６を介した短絡や、封止材４７の共晶温度低下による気密封止不良を生じず、且つ搭載工程の簡易化が図れる圧電デバイス４０を提供できる効果を奏する。
【００３６】
尚、本発明は上述の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、前記各実施形態では圧電材料として水晶を用いた平面視音叉型の圧電振動素子１２を例示したが、水晶を用いた圧電振動素子としては他に平面視形状が円形状や矩形状の圧電振動素子でも構わない。又、このような平面視が円形状や矩形状の圧電振動素子では水晶以外の圧電素材も用いられており、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ス等の圧電素材を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスを示した外観斜視図である。
【図２】図１のＣ部分の拡大図である。
【図３】図１の切断線Ｂ−Ｂで切断した概略断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスを示した概略断面図である。
【図５】従来の圧電振動子を示した分解斜視図である。
【図６】図５の切断線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０・・・圧電デバイス（圧電振動子）
１１，４１・・・容器体
１１ａ・・・基板
１１ｂ・・・枠体
１２・・・圧電振動素子
１２ａ・・・基部
１２ｂ・・・振動腕部
１３，４６・・・蓋体
１４，４５・・・耐熱絶縁層
１５，４２・・・凹部
１６・・・圧電振動素子接続用電極パッド
１７，４３・・・外部接続用電極端子
１８，４７・・・封止材
１９・・・導電性接着剤
４０・・・圧電デバイス（圧電発振器）
４４・・・集積回路素子
【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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