JP2019071550A - 圧電デバイスおよびパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べ、外来ノイズの遮蔽がさらに図れる圧電デバイスを提供する。【解決手段】圧電デバイス１０は、音叉型水晶片１１と、この水晶片を収容するパッケージ２１と、このパッケージを封止する蓋体３１と、を具える。パッケージの前記蓋体とは反対側に当たる部分である底部２１ｃに、該底部の中間層として設けられていて、当該パッケージ空間を底面側で平面的に覆っていて、アースに接続される、シールド層２１ｄを具える。底部は第１のセラミック層２１ｃａ、第２のセラミック層２１ｃｂの積層体で構成してあり、シールド層はこれら層の間に設けてある。【選択図】図１

Description

本発明は、シールド構造に特徴を持つ圧電デバイス及びパッケージに関する。

情報通信機器等の小型化に伴い、それら機器に内蔵される各種電子部品も益々小型化されている。また、これらの機器内では各種電子部品が益々高密度に実装されている。また、多量の情報の通信を可能にするため、通信に用いる周波数帯域の拡大が進んでいる。従って、上記の機器内では多種類の信号が飛び交う状況のため、各種電子部品では外来ノイズの対策が望まれている。

電子部品の一種である圧電デバイスに対しても、外来ノイズ対策が望まれている。その一つの策が特許文献１に開示されている。特許文献１では、セラミックパッケージの内壁にシールド層を設けることで、外来ノイズを遮蔽することが記載されている（例えば特許請求の範囲）。また、セラミックパッケージを封止する蓋体として金属製の蓋体を用い、この蓋体をアースに接続することで、圧電デバイスの上方からの外来ノイズ対策を図る点も記載されている（例えば段落２２）。

特開２００７−６７７７８号公報

しかしながら、特許文献１の場合、圧電デバイスの側方及び上方のシールドは図れるものの、さらなるシールドの強化が望まれる。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、従来に比べ、外来ノイズの遮蔽がさらに図れる圧電デバイス及びその製造に用いて好適なパッケージを提供することにある。

この目的の達成を図るため、この出願の圧電デバイスの発明によれば、圧電片と、該圧電片を収容するパッケージと、該パッケージを封止する蓋体と、を具える圧電デバイスにおいて、パッケージの前記蓋体とは反対側に当たる部分である底部に、該底部の中間層として設けられていて、当該パッケージ空間を底面側で平面的に覆っていて、アースに接続される、シールド層を具えることを特徴とする。

また、この出願のパッケージの発明によれば、圧電片を収容でき、蓋体により封止されるパッケージにおいて、パッケージの前記蓋体とは反対側に当たる部分である底部に、該底部の中間層として設けられていて、当該パッケージ空間を底面側で平面的に覆っていて、アースに接続される、シールド層を具えることを特徴とする。

これら発明を実施するに当たり、前記パッケージをセラミックパッケージとし、前記底部は２層以上の複数層のセラミック層で構成し、前記シールド層は前記複数層のセラミック層の間に設けられた金属パターンとするのが良い。なお、底部は３層以上としても良いが、層数が増える程、セラミックパッケージの厚みが増加するので、好ましくは底部は２層の構成が良い。
なお、前記底部に他の配線を配置してある場合は、前記シールド層は、この他の配線と短絡しないようかつ前記空間を底面側で平面的に広く覆うような平面形状を持つものとする。

また、この発明で言う圧電デバイスとは、圧電振動子、圧電発振器、表面弾性波素子等である。圧電振動子、圧電発振器としては、例えば、水晶振動子、温度センサ付の水晶振動子、水晶発振器、水晶以外の圧電材料を用いた各種の圧電デバイスである。水晶振動子、水晶発振器としては、ＡＴカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、ＳＣカット等の２回回転水晶振動子およびこれら振動子を用いた発振器等である。

この発明の圧電デバイスおよびパッケージによれば、パッケージの蓋体とは反対側に当たる部分である底部に、中間層として、当該パッケージ区間を底面側で平面的に覆うシールド層を具えるので、圧電デバイスの底面側からの外来ノイズを遮蔽する効果を得ることができる。
従って、例えば特許文献１に開示されている側方及び上方のシールド構造とともに使用することで、側方、上方、下方の３方向方からの外来ノイズを遮蔽することができる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第１の実施形態の圧電デバイス１０を説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）、圧電片１１の一例としての音叉型水晶片の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、パッケージ２１の説明図である。 第２の実施形態の圧電デバイス４０を説明する図である。

以下、図面を参照してこの出願の圧電デバイスおよびパッケージの各発明の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本出願の発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１． 第１の実施形態の圧電デバイスおよびパッケージ
図１は第１の実施形態の圧電デバイス１０の説明図である。特に図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＰ−Ｐ線に沿った断面図、図１（Ｃ）はその底面図である。

この圧電デバイス１０は、圧電片１１と、パッケージ２１と、蓋体３１（図１（Ｂ）参照）と、を具える。なお、図１（Ａ）では蓋体３１の図示を省略してある。
圧電片１１として、この実施形態では音叉型水晶片を用いている。この例の場合の音叉型水晶片１１は、基部１１ａと、第１の振動腕１１ｂと、第２の振動腕１１ｃと、支持腕１１ｄと、溝１１ｅと、励振用電極（図２参照）と、を具えている。いわゆる、３脚音叉である。
第１の振動腕１１ｂ及び第２の振動腕１１ｃは、基部１１ａから互いに平行に延びている。また、この場合の第１の振動腕１１ｂ及び第２の振動腕１１ｃ各々は、その先端部の幅が他の部分より広くなっている。また、溝１１ｅは、第１の振動腕１１ｂ、第２の振動腕１１ｃ各々の表裏両面に所定の深さで設けてある。この溝１１ｅは、詳細は省略するが、音叉型水晶片１１に駆動信号の電界を効率的に印するためのものである。なお、以下の図２（Ａ）では溝の図示を省略する。
また、支持腕１１ｄは、第１の振動腕１１ｂと、第２の振動腕１１ｃとの間に、基部１１ａから、これら振動腕に平行な状態で延びている。

このような音叉型水晶片１１では、第１の振動腕１１ｂ及び第２の振動腕１１ｃの合計８つの面に、励振用電極を配置してある。これについて、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。ここで図２（Ａ）は、音叉型水晶片１１を展開した図に当たる。すなわち、図２の展開図を紙面の横方向に折りたたみ、Ｑと示した２箇所をつなぎ合わせると、音叉の形になる趣旨の展開図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＱ−Ｑ線に沿った断面図である。

この図２において、１３ａを付した実線は第１の励振用電極であり、１３ｂを付した破線は第２の励振用電極である。図２（Ｂ）は、これら励振用電極１３ａ、１３ｂが振動腕の溝１１ｅ内や側面にも配置されていることを示している。図２（Ｂ）において、＋表示は例えば第１の励振用電極であり、−表示は第２の励振用電極である。ある時刻において、図２（Ｂ）の例のように＋、−で示した極性で電界を振動腕に加え、次の時刻に図２（Ｂ）の場合とは反対極性で電界を振動腕に加えることで、屈曲振動が起こる。
また、第１の励振用電極１３ａ、第２の励振用電極１３ｂ各々は、支持腕１１ｄにおいて、パッケージ２１と接続するためのパッド１３ａｘ、１３ｂｘとして終端している。
この音叉型水晶片１１は、周知のフォトリソグラフィ技術により形成できる。

次に、パッケージ２１について図１、図３を参照して説明する。図３（Ａ）はパッケージ２１の平面図であり、図１（Ａ）から水晶片１１を外した状態を示したものである。図３（Ｂ）はパッケージ２１の底部２１ｃの第２のセラミック層２１ｃｂに着目した平面図である。ただし、外部実装端子２１ｇについては、第２のセラミック層２１ｃｂを透視した状態で破線で示してある。また、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＲ−Ｒ線に沿った部分的断面図であり、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＳ−Ｓ線に沿った部分的断面図である。

この例の場合のパッケージ２１は、凹部２１ａと、土手部２１ｂと、底部２１ｃと、シールド層２１ｄと、配線パターン２１ｅと、接着パッド２１ｆと、外部接続端子２１ｇと、アース用貫通配線２１ｈと、蓋体用のメタル層２１ｉと、外部接続端子用貫通配線２１ｊと、を具える。このパッケージ２１は、セラミックパッケージで構成できる。以下、各構成成分について説明する。

凹部２１ａは、音叉型水晶片１１を収容する深さ及び平面形状を持っている。また、土手部２１ｂは、平面形状が枠状のセラミック層で構成してあり、凹部２１ａを囲っている。この土手部２１ｂの天面に、蓋体３１用のメタル層２１ｉ（詳細は後述する）を設けてある。また、この土手部の一部には、そこから底部２１ｃを貫通して外部接続端子２１ｇに至るアース用貫通配線２１ｈ及び外部接続端子用貫通配線２１ｊを設けてある。ただし、この場合、外部接続端子２１ｇは、底部２１ｃの外側底面の四隅にそれぞれ１つずつ、合計４つ設けてある。そして、４つのうちの２つは音叉型水晶片１１と接続されるホット端子２１ｇであり、他の１つはアース用端子２１ｇ（Ｇ）であり、残り１つはノンコンタクの端子２１ｇ（ＮＣ）である（図１（Ｃ））。

ここで、底部２１ｃは、パッケージ２１の蓋体３１が接続される側とは反対側に当たる部分である。この底部２１ｃは、複数のセラミック層で構成してある。この例の場合は、第１のセラミック層２１ｃａと第２のセラミック層２１ｃｂとの２層のセラミック層で構成してある。そして、特に図３（Ｂ）に示したように、第２のセラミック層２１ｃｂの表面に、シールド層２１ｄを設けてある。このシールド層２１ｄは、第１のセラミック層２１ｃａと第２のセラミック層２１ｃｂとの中間層となり、かつ、パッケージ２１の空間を底面側で平面的に覆っていて、かつ、アース用貫通配線２１ｈを介してアース用の外部接続端子２１ｇ（Ｇ）に接続されている。
このシールド層２１ｄは、外部接続端子用貫通配線２１ｊに短絡せず、底部２１ｃを平面的になるべく広く覆う形状とするのが好ましい。このシールド層２１ｄは、例えばタングステ、モリブデン等の金属膜で構成でき、当該セラミックパッケージの製造時に同時に形成できる。

また、配線パターン２１ｅは、音叉型水晶片１１の励振用電極１３ａ、１３ｂと外部接続端子２１ｇとを接続するもので、第１のセラミック層２１ｃａ表面に設けてある。また、支持パッド２１ｆは、配線パターン２１ｅ上に設けてある。しかも、励振用電極のパッド１３ａｘ、１３ｂｘと対応する位置に、設けてある。音叉型水晶片１１とパッケージ２１とは、上記の支持パッド２１ｆ及び励振用電極のパッド１３ａｘ、１３ｂｘの位置で、例えば導電性接着剤３３により、接続固定してある（図１（Ｂ））。

また、蓋体３１は、この例の場合、金属製の平板で構成してある。そして、この蓋体３１とパッケージ２１とは、蓋体３１の縁領域及び土手部２１の天面のメタル層２１ｉの位置で、金錫等の好適なロウ材によって接続してある。従って、この場合、蓋体３１も、メタル層２１ｉ、アース用貫通配線２１ｈを介してアース用の外部接続端子２１ｇ（Ｇ）に接続されている。従って、この第１の実施形態の圧電デバイス１０は、シールド層２１ｄ及び蓋体３１によるシールド構造が形成されたデバイスとなるので、上面及び底面の両面で、外部ノイズの遮蔽効果が確保できる。なお、この第１の実施形態の場合、側面側での外部ノイズのシールド構造は形成できていないが、圧電デバイス１０の厚さは圧電デバイスの平面的寸法に比べて小さいので、側面側からの外部ノイズの影響は上面、下面に比べ小さいと考えられるので、外来ノイズの遮蔽効果は得られると考える。

なお、第１の実施形態の圧電デバイス１０の場合、長辺寸法が約１．２ｍｍ、短辺寸法が１．０ｍｍであり、いわゆる１２１０サイズである。そして、土手部２１ｂの厚さは約０．１８ｍｍ、第１のセラミック層２１ｃａの厚さは約０．０７５ｍｍ、第２のセラミック層２１ｃｂの厚さは約０．０６５ｍｍ、デバイス全体の厚さは約０．４ｍｍである。いずれの寸法も、公差例えば±０．０５ｍｍ程度は存在する。もちろん、この発明は他のサイズの圧電デバイスにも適用できる。

２．第２の実施形態
次に、第２の実施形態の圧電デバイス４０およびパッケージ４１について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施形態の構造を示す断面図であり、図１（Ｂ）同様な断面図により示したものである。
この第２の実施形態の圧電デバイス４０およびパッケージ４１の、第１の実施形態のものとの相違点は、パッケージ４１の土手部４１ａにある。この場合の土手部４１ａは、金属製の枠、例えばいわゆるシーム溶接で用いるシームリングで構成してある。こうすることで、パッケージ４１の側面を金属材で覆うことができる。そして、この土手部４１ａは、アース用貫通配線４１ｂによって、外部接続端子２１ｇのうちのアース用外部端子に接続してある。

この第２実施形態の場合、封止方法は、シーム溶接が良い。もちろん、土手部４１ａの天面を金錫封止に適合した状態にし、封止を金錫等のロウ材で行っても良い。
なお、土手部４１ａを金属枠自体で構成したので、これに対応させて、アース用の貫通配線４１ｂの構成は変更する。
この第２の実施形態に圧電デバイス４０およびパッケージ４１の場合、パッケージの側面側からの外部ノイズの遮蔽効果も得られる。

上述においては、この出願の各発明の実施形態について説明したが、これら発明は上述の例に限られない。例えば、音叉型水晶片は上記の３脚音叉に限られず、通常の二脚音叉や、二脚音叉の両側に各々１本ずつの支持腕を有した２本の支持腕付き音叉等、種々の音叉に本発明は適用できる。音叉は先端部が幅広でないものでも良い。また、上述の実施形態では音叉片として音叉型水晶片を用いた例を説明したが、音叉片は水晶に限られず、他の材料のものでも良い。また、上述の実施形態では、パッケージとして凹部を有したパッケージの例を示したが、平板のベースと凹部を持つキャップとで構成されるパッケージに対しても本発明は適用できる。その場合、平板ベースを複数層で構成し、その中間層としてシールド層を設ける。

１０:第１の実施形態の圧電デバイス、 １１：圧電片（音叉型水晶片）、
１１ａ：基部、 １１ｂ：第１の振動腕、
１１ｃ：第２の振動腕、 １１ｄ：支持腕、
１１ｅ：溝、
１３ａ：第１の励振用電極、 １３ｂ：第２の励振用電極、
１３ａｘ、１３ｂｘ：パッド
２１：パッケージ、 ２１ａ：凹部、
２１ｂ：土手部、 ２１ｃ：底部
２１ｃａ：第１のセラミック層、 ２１ｃｂ：第２のセラミック層
２１ｄ：シールド層、 ２１ｅ：配線パターン、
２１ｆ：支持パッド、 ２１ｇ：外部接続端子
２１ｇ（Ｇ）：アース用外部接続端子、
２１ｇ（ＮＣ）：ノンコンタクト外部接続端子、
２１ｈ：アース用貫通配線、 ２１ｉ：メタル層
２１ｊ：外部接続端子用貫通配線
３１：蓋体、 ３３：導電性接着剤
４０：第２の実施形態の圧電デバイス、 ４１：第２の実施形態のパッケージ、 ４１ａ：土手部、 ４１ｂ：アース用貫通配線

Claims (6)

1. 圧電片と、該圧電片を収容するパッケージと、該パッケージを封止する蓋体と、を具える圧電デバイスにおいて、
   パッケージの前記蓋体とは反対側に当たる部分である底部に、該底部の中間層として設けられていて、当該パッケージ空間を底面側で平面的に覆っていて、アースに接続される、シールド層を具えることを特徴とする圧電デバイス。
2. 前記パッケージはセラミック製であり、前記底部は第１及び第２のセラミック層から成り、これら第１及び第２のセラミック層間に前記シールド層を設けてあることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記パッケージは前記圧電片を収容する凹部と該凹部を囲う土手部を具え、該土手部は平面形状が枠状でアースに接続される金属製の枠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。
4. 圧電片を収容でき、蓋体により封止されるパッケージにおいて、パッケージの前記蓋体とは反対側に当たる部分である底部に、該底部の中間層として設けられていて、当該パッケージ空間を底面側で平面的に覆っていて、アースに接続される、シールド層を具えることを特徴とするパッケージ。
5. 前記パッケージはセラミック製であり、前記底部は第１及び第２のセラミック層から成り、これら第１及び第２のセラミック層間に前記シールド層を設けてあることを特徴とする請求項４に記載のパッケージ。
6. 前記パッケージは前記圧電片を収容する凹部と該凹部を囲う土手部を具え、該土手部は平面形状が枠状でアースに接続される金属製の枠であることを特徴とする請求項４又は５に記載のパッケージ。

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