JP2005236892A - 圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部電気回路基板に対する実装面積を小さくすることができるとともに、内部に収納する圧電振動子を安定して振動させることが可能な高信頼性の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を提供することにある。
【解決手段】 圧電振動子収納用パッケージは、上面に圧電振動子１を収納する直方体状の凹部２を有する直方体状の絶縁基体３と、凹部２の底面に形成された、上面に圧電振動子１が電気的に接続される電極５と、電極５から絶縁基体３の側面にかけて形成された配線導体１０と、側面に形成された、配線導体１０と電気的に接続される外部接続用の接続パッド６とを具備しており、電極５は凹部２の底面の外周部に、凹部２の底面の中央部側よりも外周部側が厚くなるように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部に圧電振動子を収容するための圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置に関するものである。

従来、圧電振動子を収容するための圧電振動子収納用パッケージとして、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等から成るセラミックス製パッケージが用いられている。従来のパッケージは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上面中央部に圧電振動子３１を収容するための直方体状の凹部３２を有するとともに、その凹部３２の底面の隅部に圧電振動子３１の端部が取着される段差部３４が設けられた直方体状の絶縁基体３３を具備している。また、この段差部３４の上面には電極３５が形成され、電極３５から絶縁基体３３の下面にかけてメタライズ導体等からなる配線導体４０が導出されている。なお、図４（ａ）は従来の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置の一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。

そして、絶縁基体３３の凹部３２内に圧電振動子３１を、その主面が凹部３２の底面に対向するように収納するとともに、この圧電振動子３１の端部を凹部３２内の段差部３４上に露出する電極３５に導電性接着剤３９等の電気的接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体３３の上面の凹部３２の周囲に蓋体３７を接合することにより、絶縁基体３３の凹部３２と蓋体３７とから成る容器の内部に圧電振動子３１が気密に封止された圧電装置を構成することができる。なお、凹部３２は、蓋体３７を絶縁基体３３の上面の凹部３２を取囲む部位に形成された封止用メタライズ層３８に銀ろう等のろう材を介してシームウエルド法等で接合することにより気密封止される。

このようにして形成された圧電装置は、絶縁基体３３の下面を外部電気回路基板の上面に対向させるようにして外部電気回路基板（図示せず）上に位置決め載置するとともに、絶縁基体３３の下面に導出された配線導体４０と外部電気回路基板の電極パッドとを半田等のろう材を介して接続することにより外部電気回路基板に実装され、圧電振動子３１と外部電気回路とが配線導体４０を介して電気的に接続される。なお、配線導体４０のうち、外部電気回路基板の電極パッドと接続される部位は、接続を容易かつ強固なものとするために、四角形状や楕円形状等、その面積が広くなるようにして形成されており、外部接続（圧電振動子収納用パッケージや圧電装置を外部の電気回路基板に対して電気的に接続すること）用の接続パッドとして機能するようになっている。
特開２００２−３３６３６号公報

近年、このような圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置は小型化、特に外部電気回路基板に実装されたときの実装面積を小さくすることが強く要求されている。

しかしながら、従来の圧電振動子収納用パッケージでは、以下のような問題があった。すなわち、圧電振動子３１が、その主面が絶縁基体３３の凹部３２の底面に対向するようにして収納されるため、圧電振動子３１の振動を妨げずに凹部３２内に収納しようとすると、面積の大きな圧電振動子３１の主面に見合う分だけ凹部３２の底面の面積を広く確保しておく必要があり、これに応じて、絶縁基体３３を主面側から見たときの面積が大きくなる。また、この圧電振動子３１を収容した絶縁基体３３は、その面積の広い主面（下面）が外部電気回路基板の上面に対向するようにして実装される。その結果、圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置の外部電気回路基板に対する実装面積を小さくすることが非常に難しいという問題を有していた。

本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、外部電気回路基板に対する実装面積を小さくすることができるとともに、内部に収納する圧電振動子を安定して振動させることが可能な高信頼性の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を提供することにある。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、上面に圧電振動子を収納する直方体状の凹部を有する直方体状の絶縁基体と、前記凹部の底面に形成された、上面に圧電振動子が電気的に接続される電極と、該電極から前記絶縁基体の側面にかけて形成された配線導体と、前記側面に形成された、前記配線導体と電気的に接続される外部接続用の接続パッドとを具備しており、前記電極は、前記凹部の底面の外周部に、前記凹部の底面の中央部側よりも外周部側が厚くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明の圧電装置は、上記本発明の圧電振動子収納用パッケージと、前記凹部内に収容されるとともに前記電極に電気的に接続された圧電振動子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に前記凹部を覆うように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の圧電装置において、好ましくは、前記蓋体は、下面の前記電極に対向する部位に突起部が設けられているとともに、該突起部と前記電極との間に前記圧電振動子を挟み込んで前記絶縁基体に取着されていることを特徴とする。

本発明の圧電振動子収納用パッケージは、圧電振動子が接続される電極から絶縁基体の側面にかけて形成された配線導体と、側面に形成された、配線導体と電気的に接続される外部接続用の接続パッドとを具備していることから、側面に形成された外部接続用の接続パッドと、外部電気回路基板の電極パッドとを向かい合うようにして接続することができるため、面積の小さい直方体状の絶縁基体の一側面に見合う分だけ外部電気回路基板の面積を確保しておけばよく、外部電気回路基板に対する実装面積を非常に小さくすることができる。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、電極が凹部の底面の外周部に、凹部の底面の中央部側よりも外周部側が厚くなるように形成されていることから、圧電振動子の端部を凹部の底面の電極に導電性接着剤等の電気的接続手段を介して電気的に接続する際、圧電振動子と電極との間に形成される隙間に、導電性接着剤の溜まりを形成することができ、圧電振動子を電極により強固に接合させることができる。その結果、圧電振動子収納用パッケージに機械的衝撃や振動が加わり、この衝撃が重力と合わさって電極と圧電振動子との接合面に、この接合面に沿った方向に大きな応力が作用したとしても、電極から圧電振動子が外れることを効果的に防止することができ、圧電振動子の接続の信頼性を優れたものとすることができる。

また、本発明の圧電装置は、上記構成の圧電振動子収納用パッケージと、凹部内に収容されるとともに電極に電気的に接続された圧電振動子と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に凹部を覆うように取着された蓋体とを具備していることから、外部電気回路基板に対する平面視での実装面積が小さく、かつ圧電振動子の接続信頼性に優れたものとすることができる。

また、本発明の圧電装置は好ましくは、蓋体は、下面の電極に対向する部位に突起部が設けられているとともに、突起部と電極との間に圧電振動子を挟み込んで絶縁基体に取着されていることから、圧電振動子の端部を、電極と突起部とで挟み込んで、より一層効果的に電極と圧電振動子との接合を強固なものとすることができる。

よって、本発明の圧電装置は外部電気回路基板に対する実装面積を小さくすることができるとともに、搭載後の圧電振動子が電極から外れることがなく、機械的強度を強くすることができ、内部に収納する圧電振動子を安定して振動させることが可能な高信頼性のものとすることができる。

次に、本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置を、添付の図面を基に説明する。図１は本発明の圧電振動子収納用パッケージおよび圧電装置の実施の形態の一例を示した平面図であり、図２はその側面図、図３は図１のＡ−Ａ’線における断面図である。同図において１は圧電振動子、３は絶縁基体、５は電極、６は接続パッド、１０は配線導体である。そして、主として絶縁基体３、電極５、接続パッド６、配線導体１０で本発明の圧電振動子収納用パッケージが構成されている。この圧電振動子収納用パッケージに圧電振動子１を収容し蓋体７で封止することにより本発明の圧電装置が構成される。

絶縁基体３は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスや樹脂から成り、例えば一辺の長さが２〜２０ｍｍ程度で厚みが０．５〜３ｍｍ程度の直方体状である。

また、絶縁基体３の上面に、圧電振動子１を収納するための直方体状の凹部２が形成されている。

絶縁基体３および凹部２は、四角板状の圧電振動子１を効率よく収納するために、直方体状に形成される。なお、図１では、絶縁基体３および凹部２は、絶縁基体３の主面側から見たときに長方形状に形成した例を示しているが、収納する圧電振動子１の形状や特性等に応じて正方形状に形成してもよい。

このような絶縁基体３は以下のようにして作製される。先ず、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バンイダ、溶剤、可塑剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクタブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形し、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して、四角形状のものと枠状のものとを形成し、四角形状のものが下層に位置するように、枠状のものが上層に位置するように上下に積層して上面に凹部２を有する積層体を形成し、その積層体を高温（約１６００℃）で焼成することにより絶縁基体３と成る。

絶縁基体３の凹部２の底面に形成されている電極５は、凹部２に収納される圧電振動子１を電気的に接続するためのパッドとして機能する。

圧電振動子１は、例えば、水晶や弾性表面波素子等であり、通常、その外形が四角形状の平板状であり、その端部には金等の金属材料から成る接続電極（図示せず）が被着形成されている。

この圧電振動子１の端部の接続電極を凹部２の底面の電極５に導電性接着剤９等を介して電気的，機械的に接続することにより、圧電振動子１のパッケージへの実装が行なわれる。

この場合、圧電振動子１の接続電極が端部に形成されていることから、凹部２内に圧電振動子１を無駄なく容易に収納するために、電極５は、凹部２の底面の隅部等、凹部２の側面に近い部位に形成される。

また、電極５に電気的に接続された圧電振動子１は、振動して所定の周波数の信号を発信するので、この振動を妨げないようにする必要がある。そのため、圧電振動子１の主面と凹部２の底面との間には一定のスペースを確保する必要があり、電極５の高さを稼ぐために、段差部４や凸部を凹部２の底面に設け、その段差部４や凸部の上面に電極５を露出させるようにして形成しておくことが好ましい。段差部４や凸部は、例えば、絶縁基体３と同様の絶縁材料から成り、絶縁基体３を形成するのと同様の泥漿状の混合物を絶縁基体３となるセラミックグリーンシートのうち、凹部２の底面の隅部等に塗布しておくことにより形成することができる。また、段差部４や凸部は、電極５と同様の金属材料により形成してもよい。

本発明の圧電振動子収納用パッケージにおいては、電極５から絶縁基体３の側面にかけて配線導体１０が形成されている。また、絶縁基体３の側面には、配線導体１０と電気的に接続される接続パッド６が形成されている。

接続パッド６は外部接続用のパッドであり、この接続パッド６を外部電気回路基板の電極パッド（図示せず）に半田等を介して電気的に接続することにより、圧電振動子１の接続電極が、電極５，配線導体１０および接続パッド６を介して外部電気回路基板の電極パッド、およびこの電極パッドに接続されている外部の電気回路に電気的に接続される。

本発明の圧電振動子収納用パッケージによれば、絶縁基体３の側面に形成された接続パッド６を外部電気回路基板の電極パッドに向かい合うようにして接続することができることから、面積の小さい直方体状の絶縁基体３の一側面に見合う分だけ外部電気回路基板の面積を確保しておけばよく、外部電気回路基板に対する実装面積を非常に小さくすることができる。

また、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、図３に示すように、電極５は凹部２の底面の外周部に、凹部２の底面の中央部側よりも外周部側が厚くなるように形成されている。

この構成により、圧電振動子１の端部を凹部２内の段差部４や凸部上に露出する電極５に導電性接着剤９等の電気的接続手段を介して電気的に接続する際、圧電振動子１と電極５の間に形成される隙間に、導電性接着剤９の溜まりを形成することができ、圧電振動子１を電極５により強固に接合することができる。その結果、圧電振動子収納用パッケージに機械的衝撃や振動が加わり、この衝撃が重力と合わさって電極５と圧電振動子１との接合面に、この接合面に沿った方向に大きな応力が作用したとしても、電極５から圧電振動子１が外れることを効果的に防止することができ、圧電振動子１の接続の信頼性を優れたものとすることができる。

よって、本発明の圧電振動子収納用パッケージは、外部電気回路基板に対する実装面積を非常に小さくすることができるとともに、圧電振動子１の外部電気回路に対する接続の信頼性を極めて優れたものとすることができる。

なお、電極５は、凹部２の底面の中央部側よりも外周部側が厚くなるように形成する必要があり、例えば、中央部側から外周部側に向かって同じ角度で傾斜したような構造や、図３に示すような凹部２の中央部側の端部から外周部側に向かう途中までを一定の角度で傾斜して高さが高くなるようにしておいて、その途中の部分から外周部側の端までは水平な形状、即ち段差を有する構造等とすることができる。好ましくは、図３に示すような段差を有する構造とするのがよく、これにより、圧電振動子１と電極５とを容易にかつ、より正確な位置合わせすることができるとともに、電極５と導電性接着剤９等との水平に対向する接合面積が大きくなることで、電極５と導電性接着剤９との接合強度がより一層高まることとなる。

また、電極５は、中央部側の端と外周部の端との間に段差を設けることにより導電性接着剤９の溜まりが形成されるように、凹部２の中央部側よりも外周部側の高さを高くするようにしてもよい。

ここで、絶縁基体３の側面に形成された外部接続用の接続パッド６と、外部電気回路基板の電極パッドとを接続する際、絶縁基体３の外周角部に切り欠き部１１を形成しておくととともに、切り欠き部１１の内側面にメタライズ層１２を形成しておき、このメタライズ層１２の下端部に接続パッド６の外端部が接するようにして接続パッド６を形成することが好ましい。これにより、接続パッド６を外部電気回路基板の電極パッドに接続する半田のフィレットが外部電気回路基板とメタライズ層１２との間に形成されることとなる。よって、圧電振動子収納用パッケージ（圧電装置）を外部電気回路基板へより一層強固に接合することが可能となる。

また、絶縁基体３の側面に形成された接続パッド６は、絶縁基体３が主面側から見て長方形状の場合、その長辺側面の両端部に形成することが好ましい。長辺側の両端に形成しておくと、外部電気回路基板に実装したときに倒れ難いので、より一層外部接続の信頼性を良好とすることができる。

また、接続パッド６は、対向する２つの長辺側に同じような配置形態で形成することが好ましい。この場合、どちらの長辺側にも圧電振動子１を接続する電極５と接続されるように配線導体１０が形成されていることから、圧電装置の向きを考慮することなく接続パッド６と外部電気回路基板の電極パッドとを接続することができ、より一層外部接続が容易な圧電振動子収納用パッケージとすることができる。

なお、電極５、接続パッド６および配線導体１０は、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀等の金属材料からなり、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤、バインダー等を添加し混練して作製した導電ペーストを、絶縁基体３となるグリーンシートの表面等に所定パターンに印刷することにより形成される。

なお、電極５、配線導体１０、および接続パッド６の露出表面には、電極５、配線導体１０、および接続パッド６の酸化腐食を防止するとともに、電極５と圧電振動子１の各接続電極との接続や、接続パッド６と外部電気回路基板との接続を強固なものするために、例えば１〜１０μｍ程度の厚みのニッケルめっき層と０．１〜３μｍ程度の厚みの金めっき層とが順次被着されているのがよい。

そして、圧電振動子１を絶縁基体３の凹部２に収容し、圧電振動子１の端部に形成された接続電極（図示せず）を凹部２の底面に形成された電極５に導電性接着剤９等の電気的接続手段を介して接続し、絶縁基体３の上面の凹部２の周囲に凹部２を覆うようして蓋体７を取着することにより、圧電振動子１が絶縁基体３と蓋体７からなる容器の内部に気密封止され、圧電装置として完成する。

この場合、蓋体７は、ろう材を介した接合等の手段により絶縁基体３の上面に取着される。ここで、蓋体７は、蓋体７を絶縁基体３に接合する際や圧電装置を外部電気回路基板に接続する際に、蓋体７と絶縁基体３とを接合するろう材が流動して配線導体１０や外部接続用の接続パッド６がショート（電気的短絡）することを防止するという観点から、絶縁体であることが望ましい。

また、蓋体７と絶縁基板３との接合に用いる接合材は、同じく蓋体７を絶縁基体３に接合する際や圧電装置を外部電気回路基板に接続する際に、蓋体７と絶縁基体３とを接合するろう材が流動して配線導体１０や外部接続用の接続パッド６がショートすることを防止するという観点から、樹脂や低融点ガラス等の絶縁物であることが望ましい。近年の電子装置の小型化，薄型化により、絶縁基体３の凹部２の底面に形成された、上面に圧電振動子１が電気的に接続される電極５の間隔は非常に小さいものとなってきており、このような小型化，薄型化によって蓋体７を枠体８に接合する際にろう材が凹部２内に流れ込みやすくなり、配線導体１０や外部接続用の接続パッド６のショートが発生しやすくなるが、上記のように接合材を絶縁物とすることにより、配線導体１０や外部接続用の接続パッド６のショートを有効に防止できる。

なお、凹部２は完全に直方体とする必要はなく、凹部２の内側の角部を円弧状に成形して角部分で絶縁基体３にクラック等の機械的な破壊が生じることを効果的に防止するようにしてもよい。また、絶縁基体３の凹部２を取囲む上面の部位の一部を、圧電振動子１の振動を妨げない程度に凹部２の内側に向けて張り出すようにすることで、蓋体７との接合面積をより大きく確保し、蓋体７と絶縁基体３との接合をより強固とするようにしてもよい。

また、本発明の圧電装置において、蓋体７は下面の電極５に対向する部位に突起部４’が設けられているとともに、突起部４’と電極５との間に圧電振動子１を挟み込んで絶縁基体３に取着されていることが好ましい。

突起部４’は、例えば、圧電振動子１を電極５に接続する導電性接着剤９と同様の導電性接着剤を介して圧電振動子１を接着，固定することができる。また、接着材等を用いて固定せずに、突起部４’と電極５との間の距離を、圧電振動子１の厚みと同じ、またはわずかに短い程度としておいて、突起部４’にシリコン等の絶縁性を有する弾性体を付けて電極５との間で挟みこむ力のみで固定するようにしてもよい。

このように、蓋体７の下面の電極５に対向する部位に突起部４’を設け、突起部４’と電極５との間に圧電振動子１を挟み込んで絶縁基体３に取着した場合には、圧電振動子１はその両主面の端部を、電極５と突起部４’との間でそれぞれ導電性接着剤（または、絶縁性を有する弾性体）を介して固定されることから、より一層効果的に電極５と圧電振動子１との接合を強固なものとすることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、種々の変形は可能である。例えば、本発明の実施の例においては、３層のセラミック層を積層した例を示したが、絶縁基体３は４層以上のセラミック層を積層することにより形成されていてもよい。

また、電極５は、図１（ａ）では凹部２の内側面の対角の２箇所の角部に形成したが、圧電振動子１の接続電極の配置等に応じて左右に２箇所形成してもよい。

本発明の圧電振動子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図である。 図１の圧電振動子収納用パッケージの側面図である。 図１の圧電振動子収納用パッケージのＡ−Ａ’線における断面図である。 （ａ）は従来の圧電振動子収納用パッケージの平面図、（ｂ）は（ａ）の圧電振動子収納用パッケージのＢ−Ｂ’線における断面図である。

符号の説明

１・・・・・圧電振動子
２・・・・・凹部
３・・・・・絶縁基体
４’・・・・・突起部
５・・・・・電極
６・・・・・接続パッド
７・・・・・蓋体
９・・・・・導電性接着剤
１０・・・・配線導体

Claims (3)

1. 上面に圧電振動子を収納する直方体状の凹部を有する直方体状の絶縁基体と、前記凹部の底面に形成された、上面に圧電振動子が電気的に接続される電極と、該電極から前記絶縁基体の側面にかけて形成された配線導体と、前記側面に形成された、前記配線導体と電気的に接続される外部接続用の接続パッドとを具備しており、前記電極は、前記凹部の底面の外周部に、前記凹部の底面の中央部側よりも外周部側が厚くなるように形成されていることを特徴とする圧電振動子収納用パッケージ。
2. 請求項１記載の圧電振動子収納用パッケージと、前記凹部内に収容されるとともに前記電極に電気的に接続された圧電振動子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に前記凹部を覆うように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする圧電装置。
3. 前記蓋体は、下面の前記電極に対向する部位に突起部が設けられているとともに、該突起部と前記電極との間に前記圧電振動子を挟み込んで前記絶縁基体に取着されていることを特徴とする請求項２記載の圧電装置。

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