JP2006129304A - 圧電振動子及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の圧電振動子及び圧電発振器では、外形寸法の異なる圧電振動素子を使用する場合、その外形寸法に合わせた素子接続用電極パッドを形成したパッケージを設計使用している為、外形寸法が異なる圧電振動素子を使用する毎に、それの搭載に合わせた素子接続用電極パッドを形成したパッケージの設計をし直す必要があり、生産性が下がり又コストが係る課題がある。
【解決手段】本発明における圧電振動子及び圧電発振器は、各々の素子接続用電極パッドは、凹部空間底面の一方の短辺近傍に一方の短辺が配設されており、又この素子接続用電極パッドの長手方向の寸法は該凹部空間の長手方向寸法の３０％以上の寸法で形成されており、更に各々の素子接続用電極パッドは容器体の短辺側の中心線に対し線対称となる位置に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動素子を内部に搭載してなる圧電振動子及び圧電発振器に関する。

従来より、携帯用通信機器等の電子機器には各種電子部品が使用されており、そのうち基準信号発生源等とする圧電振動子及び圧電発振器は、素子である圧電振動素子を容器内部に気密封止した形態の電子部品として用いられている。

かかる従来の圧電振動子の構造を説明する。図４には表面実装形態の圧電振動子を示した。即ち、矩形状の平板絶縁層３１ａと枠状絶縁層３１ｂとを積層して、且つ枠状絶縁層３１ｂの積層面と反対側の枠形状の主面上（以下容器側壁頂部という）には金属層３５が形成して容器体３１を構成している。枠状絶縁層３１ｂと平板絶縁層３１ａとで囲われた容器体内部空間３２に露出している平板絶縁層３１ａの主面上には、圧電振動素子３４に形成した励振用電極膜３８より引き出した容器接続用電極膜の形状寸法に合わせた矩形状の素子接続用電極パッド３３が形成されており、この素子接続用電極パッド３３に、導電性接着剤を介して電気的に接続する一対の容器接続用電極を有する圧電振動素子３４を固着導通させる。

圧電振動素子３４を容器内部空間３２内に搭載した容器体３１の容器側壁頂部に形成してある金属層３５の上に、容器内部空間３２の開口部を覆うように、容器側の主面全面に金属ろう材をクラッド化した金属蓋体３６を配置して、この蓋体３６と金属層３５をシーム溶接などで接合することにより容器内部空間３２を気密封止したパッケージ構造の圧電振動子３０が知られている。（例えば、特許文献１を参照。）

このような圧電振動子３０は容器体３１の下面に設けられている外部接続用電極パッド３７を介して圧電振動素子３４に形成してある励振用電極膜３８に外部からの変動電圧が印可されると、圧電振動素子３４の特性に応じた所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっており、その共振周波数に基づいて外部の発振回路で所定周波数の基準信号が発振出力される。このような基準信号は、例えば携帯用通信機器等の電子機器におけるクロック信号として利用されることとなる。

又、従来の圧電発振器としては容器体の内部に圧電振動素子と発振回路を内蔵した集積回路素子とを搭載するとともに、容器体の開口部を金属製の蓋体によって気密封止した構造のものが知られている。このとき圧電振動素子は、その主面に形成した励振用電極膜より引き出した容器接続用電極膜の形状寸法に合わせた矩形状の素子接続用電極パッドが形成されており、圧電振動素子をこの素子接続用電極パッドに導電性接着剤を介して電気的に接続し且つ集積回路素子とも電気的に接続することにより圧電発振器を構成している。

尚、このような圧電振動子及び圧電発振器については、以下のような先行技術文献が公知となっている。

特開２００１−２７４６４９号公報 特開平０７−２９７６６６号公報

なお、出願人は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。

しかしながら、従来の圧電振動子及び圧電発振器では、外形寸法の異なる圧電振動素子を使用する場合、その外形寸法に合わせた素子接続用電極パッドを形成したパッケージを設計使用している為、外形寸法が異なる圧電振動素子を使用する毎に、それの搭載に合わせた素子接続用電極パッドを形成した容器体の設計をし直す必要があり、生産性が下がり又コストが係るという欠点があった。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、取り扱いが簡便で、生産性に優れた圧電振動子を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の圧電振動子は、矩形状の容器体に形成された一方の主面に開口する凹部空間内には、一対の素子接続用電極パッドが形成されており、この素子接続用電極パッドの上に圧電振動素子を配置固着し、且つ圧電振動素子の表裏主面に形成された励振用電極膜と素子接続用電極パッドとの間を電気的に接続されている圧電振動子において、
各々の素子接続用電極パッドは、凹部空間底面の一方の短辺近傍に一方の短辺が配設されており、又この素子接続用電極パッドの長手方向の寸法は該凹部空間の長手方向寸法の３０％以上の寸法で形成されており、更に各々の素子接続用電極パッドは容器体の短辺側の中心線に対し線対称となる位置に形成されていることを特徴としている。

又、前記圧電振動子において、素子接続用電極パッドの形状が、各々の素子接続用電極パッドの容器体長辺側の二辺が容器体の短辺側中心線に向かって所望のテーパ角度を形成する、凹部空間底面の一方の短辺近傍に形成した辺が長辺である台形形状であることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子でもある。

更に、矩形状の容器体に形成された一方の主面に開口する第一の凹部空間内に第２の凹部空間が段差部を介して形成されており、この段差部に一対の素子接続用電極パッドが形成されており、第２の凹部空間内に発振回路を内蔵した集積回路素子が搭載されており、素子接続用電極パッドの上に圧電振動素子を配置固着し、且つ圧電振動素子の表裏主面に形成された励振用電極膜と素子接続用電極パッドと集積回路素子の間を電気的に接続し構成されている圧電発振器において、
各々の素子接続用電極パッドの一方の短辺は、段差部と容器体の一方の短辺内側面とが交わる近傍に配設されており、又素子接続用電極パッドの長手方向の寸法は第一の凹部空間の長手方向寸法の３０％以上の寸法で形成されており、更に各々の素子接続用電極パッドは容器体の短辺側の中心線に対し線対称となる位置に形成されていることを特徴としている。

更に又、前記圧電発振器においても、素子接続用電極パッドの形状が、各々の素子接続用電極パッドの容器体長辺側の二辺が容器体の短辺側中心線に向かって所望のテーパ角度を形成する、凹部空間底面の一方の短辺近傍に形成した辺が長辺である台形形状であることを特徴としている。

本発明の圧電振動子及び圧電発振器によれば、圧電振動素子を搭載する為の素子接続用電極パッドの長手方向の寸法を凹部空間底面の長辺方向寸法の３０％以上の寸法で形成するより、圧電振動素子毎の長さ寸法に合った位置で配置することが出来る為、圧電振動素子の外形寸法の変更があっても、その都度パッケージの設計変更する必要がなく、圧電振動子及び圧電発振器の生産性を向上し、更に設計及び製造コストも低く抑えることが可能となる。

また、本発明の圧電振動子及び圧電発振器の別形態によれば、圧電振動素子を搭載する為の素子接続用電極パッドの形状が台形形状に形成することにより、どの形状の圧電振動素子（特に外形寸法が小型の圧電振動素子）を使用する場合においても、圧電振動素子の主面角部を保持することが可能な為、接続強度を維持し且つ圧電振動素子の振動特性に悪影響を与えないことが可能となる。

因って、本発明による圧電振動子及び圧電発振器を用いることにより、信頼性が高く、且つ生産効率が良く、更にコストが低い圧電振動子及び圧電発振器を提供できる効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る表面実装型の圧電振動子の分解斜視図、図２（ａ）は図１に図示した圧電振動子を構成する容器体の平面図であり、図２（ｂ）は他の実施形態の容器体の平面図である。これらの図に示す圧電振動子は、内部に圧電振動素子５が収容された矩形状の容器体１である構造を有している。図３は、本発明の一実施形態に係る表面実装型の圧電発振器を構成する容器体（集積回路素子搭載）の斜視図である。尚、各図において、本説明に必ずしも必要としない部品又は構造体は図示していない。又、各図による説明を明確にするために一部部品又は構造体を誇張して図示してある。

図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に図示した圧電振動子において、前記容器体１は、例えば、ガラスーセラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る絶縁性の基板２と、４２アロイやコバール，リン青銅等の金属から成るシールリング３と、該シールリング３と同様の金属から成る蓋体４とから成り、前記基板２の上面にシールリング３を取着させ、その上面に蓋体４を載置・固定させることによって容器体１が構成されている。

前記容器体１は、その内部、具体的には、基板２の上面とシールリング３の内面と蓋体４の下面とで囲まれる空間内に、水晶、又はタンタル酸リチウム、或いはニオブ酸リチウムなどの圧電材により形成された圧電振動素子５を収容して気密封止するためのものであり、この基板２のには、圧電振動素子５の表裏主面に形成された励振用電極膜６に電気的に接続される一対の素子接続用電極パッド７が形成されている。これらのパッドは基板２表面に形成する配線導体や基板２内部に埋設されているビアホール導体等を介して、電気的な接続が必要とする構成体同士、相互に接続されている。

尚、前記容器体１の基板２は、ガラスーセラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシ一トの表面等に配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。

また前記容器体１のシールリング３及び蓋体４は従来周知の金属加工法を採用し、４２アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、得られたシールリング３を基板２の上面に予め被着させておいた導体層にロウ付けし、続いて圧電振動素子５を導電性接着剤を用いて基板２の上面に形成された素子接続用電極パッド７に実装・固定した後、上述の蓋体４を従来周知のシーム溶接等によってシールリング３の上面に接合することによって圧電振動子が組み立てられる。このようにシールリング３と蓋体４とをシーム溶接によって接合する場合、シールリング３や蓋体４の表面には予めＮｉメッキ層やＡｕメッキ層等が被着される。

一方、前記容器体１の内部に収容される圧電振動素子５は、例えば水晶を用いた場合では、所定の結晶軸でカットした水晶片の両主面に一対の励振用電極膜６を被着・形成してなり、外部からの変動電圧が一対の励振用電極膜６を介して水晶片に印加されると、所定の周波数で励振振動を起こす。

この圧電振動素子５は、一対の励振用電極膜６を導電性接着剤を介して基板２の上面に形成した素子接続用電極パッド７に電気的に接続させることによって基板２に搭載され、これによって圧電振動素子５と容器体１との電気的接続及び機械的接続が同時になされる。

この素子接続用電極パッド７は、基板２の上面及びシールリング３により形成された凹部空間内に露出している基板２の上面（凹部空間の底面と同意であり、以下凹部空間の底面という）の一方の短辺近傍に一方の短辺７ａが配設されており、又この素子接続用電極パッド７の長辺７ｃ及び７ｄの寸法は該凹部空間の長手方向寸法の３０％以上の寸法で形成されており、更に各々の素子接続用電極パッド７は基板２の短辺側の中心線Ａに対し線対称となる位置に形成されている。これにより外形形状寸法の異なる圧電振動素子５を凹部空間内に配置し固着することが出来る為、使用する圧電振動素子毎に容器体１を変更する必要がなく、圧電振動子の生産性を向上させることが可能となる。（図２（ｂ））

また、図２（ａ）のように各々の素子接続用電極パッド７の形状を、各々の素子接続用電極パッドの基板長辺側の辺７ｃが基板２の短辺側中心線Ａに向かって所望のテーパ角度を以て形成し、凹部空間底面の一方の短辺近傍に形成した素子接続用電極パッド７の辺７ａが、対向する素子接続用電極パッド７の辺７ｂより長い寸法である台形形状で形成することにより、どの外形形状の圧電振動素子５を使用しても、圧電振動素子５の主面角部を保持をすることが可能な為、接続強度を維持及び圧電振動素子５の振動特性に悪影響を与えないすることが可能となる。

ここで容器体１の蓋体４を、容器体１の配線導体を介して容器体１下面に配される外部接続用端子９のうちのＧＮＤ用端子に接続させておけば、その使用時、蓋体４がアースされることによりシールド機能が付与されることとなるため、圧電振動素子５を外部からの不要な電気的作用より良好に保護することができる。従って、容器体１の蓋体４は容器体１の配線導体を介してグランド端子用の外部端子９に接続させておくことが好ましい。

また前記容器体１の下面には、４つの外部端子９が設けられており、これらの外部端子１０は、表面実装型水晶発振器をマザーボード（図示せず）等の外部電気回路に搭載する際、半田付け等によって外部電気回路の回路配線と電気的に接続されることとなる。

上述した実施例の形態においては、容器体１の蓋体４をシールリング３を介して基板２に接合させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に接合用のメタライズパターンを形成しておき、このメタライズパターンに対して蓋体４をダイレクトに溶接するようにしても構わない。また上述した実施形態においては、容器体１の基板上面に直接シールリング３を取着させるようにしたが、これに代えて、基板２の上面に基板２と同材質のセラミック材料等から成る枠体を一体的に取着させた上、該枠体の上面にシールリング３を取着させるようにしても構わない。更に、シールリング３を使用せず、代わりに金錫ろう材を使用しても構わない。

尚、本実施例では容器体１に形成した凹部空間内に圧電振動素子５を搭載した形態の圧電振動子を開示したが、本発明の要旨は圧電振動子に限定されるものではなく、例えば図３に図示したような、圧電振動素子が搭載される容器体の凹部空間内に別の空間を形成、又は凹部空間とは別の空間を容器体に形成し、その別空間内に発振回路を形成した集積回路素子８や発振回路を構成する電子素子を搭載して、圧電振動素子，集積回路素子又は電子素子及び外部接続用端子とを導体配線やビアホール等で電気的に接続して構成される圧電発振器においても、本発明において生じる作用効果と同じ作用効果を奏することができる。更に、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、例えば平板状の絶縁基板の上面に圧電振動素板を搭載し、その上から所謂ハット（周囲に鍔がある帽子）型の金属製蓋体を被せて圧電振動素子を気密封止する形態の圧電振動子においても、本発明実施による作用効果は同様に奏する。

図１は、本発明における圧電振動子を示した分解斜視図である。 図２（ａ）は、図１に図示した圧電振動子を構成する容器体の平面図であり、図２（ｂ）は、本発明における圧電振動子を構成する他の形態の容器体の平面図である。 図３は、本発明における圧電発振器を構成する容器体の一形態を図示した斜視図である。 図４は、従来の圧電振動子を示した分解斜視図である。

符号の説明

１・・・容器体
４・・・蓋体
５・・・圧電振動素子
６・・・励振用電極膜
７・・・素子接続用電極パッド
８・・・集積回路素子

Claims (3)

1. 矩形状の容器体に形成された一方の主面に開口する凹部空間内には、一対の素子接続用電極パッドが形成されており、該素子接続用電極パッドの上に圧電振動素子を配置固着し、且つ該圧電振動素子の表裏主面に形成された励振用電極膜と該素子接続用電極パッドとの間を電気的に接続されている圧電振動子において、
   各々の該素子接続用電極パッドは、該凹部空間底面の一方の短辺近傍に一方の短辺が配設されており、又該素子接続用電極パッドの長手方向の寸法は該凹部空間の長手方向寸法の３０％以上の寸法で形成されており、更に各々の該素子接続用電極パッドは該容器体の短辺側の中心線に対し線対称となる位置に形成されていることを特徴とする圧電振動子。
2. 矩形状の容器体に形成された一方の主面に開口する第一の凹部空間内に第２の凹部空間が段差部を介して形成されており、該段差部に一対の素子接続用電極パッドが形成されており、該第２の凹部空間内に発振回路を内蔵した集積回路素子が搭載されており、該素子接続用電極パッドの上に圧電振動素子を配置固着し、且つ該圧電振動素子の表裏主面に形成された励振用電極膜と該素子接続用電極パッドと該集積回路素子の間を電気的に接続し構成されている圧電発振器において、
   各々の該素子接続用電極パッドは、該段差部と該容器体の一方の短辺内側面とが交わる近傍に一方の短辺が配設されており、又該素子接続用電極パッドの長手方向の寸法は該第一の凹部空間の長手方向寸法の３０％以上の寸法で形成されており、更に各々の該素子接続用電極パッドは該容器体の短辺側の中心線に対し線対称となる位置に形成されていることを特徴とする圧電発振器。
3. 該素子接続用電極パッドの形状が、各々の該素子接続用電極パッドの該容器体長辺側の二辺が該中心線に向かって所望のテーパ角度を形成する台形形状であることを特徴とする請求項１記載又は請求項２記載の圧電振動子又は圧電発振器。

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