特開 2024-124822 圧電デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124822

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】圧電デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/02 20060101AFI20240906BHJP

   H01L 23/04 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

H03H9/02 A

H01L23/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032754

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】金丸 晶浩

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108BB02

5J108CC04

5J108DD02

5J108EE03

5J108EE07

5J108EE18

5J108GG03

5J108GG11

5J108GG16

5J108JJ04

5J108KK04

(57)【要約】

【課題】小型であっても、圧電振動素子の特性を正確に測定できる構造を有した圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電デバイス１０は、平面視で四角形状の凹部、及び、凹部を囲っていて複数層で構成された壁部を有するパッケージと、凹部の第１の辺側の領域で凹部の底面に片持ち支持で接続されている圧電振動素子と、を備える。そして、壁部の第１層の外側面であって、第１の辺側に当たる外側面に、圧電振動素子の特性測定用の第１端子を備え、壁部の第１層とは異なる第２層の外側面であって、第１の辺側に当たる外側面に、圧電振動素子の特性測定用の第２端子を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面視で四角形状の凹部、及び、前記凹部を囲っていて複数層で構成された壁部を有するパッケージと、前記凹部の第１の辺側の領域で前記凹部内に片持ち支持で接続されている圧電振動素子と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記壁部の第１層の外側面であって、前記第１の辺側に当たる外側面に、前記圧電振動素子の特性測定用の第１端子を備え、前記壁部の前記第１層とは異なる第２層の外側面であって、前記第１の辺側に当たる外側面に、前記圧電振動素子の特性測定用の第２端子を備えたこと、
を特徴とする圧電デバイス。

【請求項2】

前記四角形状の凹部は、平面視で長方形状の凹部であり、前記第１の辺は、前記凹部の１つの短辺であ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】

前記複数層で構成されたパッケージは、４層から構成されてい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4】

前記第１端子及び第２端子各々の、前記第１の辺に沿う方向の寸法は、前記壁部の前記第１の辺に沿う寸法の３０~７０％の範囲であることを特徴とする請求項１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、圧電デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電デバイスの中には、パッケージの側面に端子を設け、この端子に測定プローブを接触させて圧電デバイスの特性を測定するものがある。その一例が例えば特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載の圧電発振器は、パッケージと、パッケージに収納される半導体素子及び圧電振動素子と、蓋部材から構成されている（特許文献１の段落００１７）。圧電振動素子は、四角形状のもので、短辺側の部分がパッケージに片持ち支持の状態で接続されている。この圧電発振器のパッケージは、平面視で四角形状であり、四角形の４つの辺のうちの前記圧電振動素子が片持ち支持がされている近くの辺に当たる外壁に、２つの圧電振動素子測定電極（以下、測定電極と言う。）が設けられている。然も、２つの測定電極は、横並びに配置されている（特許文献１の図１）。この圧電発振器では、外壁に設けた上記２つの測定電極にプローブを当てることによって、圧電振動素子の特性測定が行える（特許文献１の図３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－２１４７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、圧電発振器等の圧電デバイスの小型化が進むに伴い、圧電デバイス用パッケージの外壁寸法も益々小さくなる。従って、パッケージの外壁に２つの測定電極を横並びに設けている特許文献１の構造の場合、２つの測定電極の絶縁性を確保するため２つの測定電極を近接させるにも限界があるので、２つの測定電極の横並びの方向の寸法を小さくせざるを得ない。上記の寸法が小さいと、測定プローブを測定電極に正確に当てることができないという問題がある。

【0005】

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、小型化が進んでも、圧電振動素子の特性を正確に測定できる構造を有した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】

【0006】

この目的の達成を図るため、この発明の圧電デバイスによれば、平面視で四角形状の凹部、及び、前記凹部を囲っていて複数層で構成された壁部を有するパッケージと、前記凹部の第１の辺側の領域で前記凹部内に片持ち支持で接続されている圧電振動素子と、を備える圧電デバイスにおいて、
前記壁部の第１層の外側面であって、前記第１の辺側に当たる外側面に、前記圧電振動素子の特性測定用の第１端子を備え、前記壁部の前記第１層とは異なる第２層の外側面であって、前記第１の辺側に当たる外側面に、前記圧電振動素子の特性測定用の第２端子を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発明の圧電デバイスによれば、圧電振動素子の特性測定用の端子が、複数層で構成されたパッケージ壁部の外側面の異なる層に設けられているので、特性測定用の端子を横並びに設けていた場合に比べ、圧電デバイスが小型の場合においても、測定プローブが特性測定用の端子に確実に接触するための、特性測定用の端子の寸法を確保できる。然も、圧電振動素子が片持ち支持されている部分と、特性測定用の端子とは、パッケージの１つの側壁を挟んで近接した状態で設けられているため、圧電振動素子の接続部と、特性測定用の端子と、を繋ぐパッケージ層内の配線パターンを短くすることができる。従って、圧電振動素子の特性を正しく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態の圧電発振器１０を説明するための図である。

【図2】第２の実施形態の圧電発振器１１を説明するための図である。

【図3】第３の実施形態の圧電発振器１２を説明するための図である。

【図4】従来の圧電発振器を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、この発明の圧電デバイスの実施形態について、それぞれ説明する。温度補償型発振器において、パッケージに設けた側面の端子が半導体素子の書込みに使用されることがあるため、本実施形態では、圧電デバイスを圧電発振器として説明する。
なお、説明に用いる各図はこ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、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0010】

１．第１の実施形態の圧電発振器
図１を参照して、第１の実施形態の圧電発振器１０について説明する。図１（Ａ）は、圧電発振器１０の短辺側の側面図である。図１（Ｂ）は、圧電発振器１０の第１層２０ａ及びこの第１層２０ａとは異なる層である第２層２０ｂ各々の上面図である。図１（Ｃ）は、圧電発振器１０の蓋部材６０を取った状態の上面図である。図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）のａ－ａ’線に沿って切った断面図である。

【0011】

圧電発振器１０は、パッケージ２０と、圧電振動素子３０と、第１端子４０及び第２端子４１と、半導体素子５０と、蓋部材６０と、を備えている。

【0012】

パッケージ２０は、圧電振動素子３０及び半導体素子５０を実装する平面視で長方形状の凹部２０ｙと、第１層２０ａ、第２層２０ｂ、第３層２０ｃ及び第４層２０ｄの４層で構成された壁部２０ｘを備えるもので、第１層２０ａの上部に、シールリング２１を備えている。第２層２０ｂの、パッケージ２０の対向する短辺側に当たる部分は、第１層２０ａに比べて、パッケージ２０の中心側に張り出している。第２層２０ｂのこの張り出した部分上に、圧電振動素子３０を接続するための接続パッド２３を備えている。凹部２０ｙの内底面である第３層２０ｃ上に、半導体素子５０を接続するための接続端子（図示せず）を備えている。またパッケージ２０は、セラミック製の積層構造のものとするのが好ましい。

【0013】

圧電振動素子３０は、平面視で四角形状であり、この場合例えばＡＴカットの水晶片３０ａと、その表裏の面に励振用電極３２と、それぞれの励振用電極３２から圧電振動素子３０の一つの短辺に引き出した、引き出し電極３１ａ及び３１ｂと、を備えている。引き出し電極３１ａ及び３１ｂは、パッケージ２０の第２層２０ｂ上の接続パッド２３と、導電性接着剤２２を介して接続しており、従って、圧電振動素子３０は、一つの辺である第１の辺の側の領域でパッケージ２０の接続パッド２３ａ、２３ｂに接続した、いわゆる片持ち支持となっている。導電性接着剤２２は、任意のものでよいが、例えばシリコーン系導電性接着剤が好ましい。

【0014】

第１端子４０及び第２端子４１は、圧電振動素子３０の特性測定や、または、温度補償用のデータを半導体素子５０に書き込むため等に使用するものであり、パッケージ２０の壁部２０ｘのうちのパッケージ２０の短辺側に当たる部分に設けてある。然も、第１端子４０は、４層で構成された壁部２０ｘのうちの第１層２０ａに設けてあり、第２端子４１は、第１層２０ａとは異なる第２層２０ｂに設けてある。然も、第１端子４０及び第２端子４１は、上記した短辺側の壁部２０ｘであって、上記短辺の中心を境にした左側領域に一方の端子を、右側領域に他方の端子を設けてある。第１端子４０及び第２端子４１各々は、上記短辺側の壁の外側面から壁の厚み方向にやや凹んだ凹部として形成してある。
第１端子４０及び第２端子４１各々の横方向の寸法は、測定プローブを当てるため大きい程好ましいが、その上限はパッケージの長辺方向に沿う壁等の制約によって規定される。しかし、本発明の場合、第１端子４０、第２端子４１を別々の層に設けてあるため、第１端子４０及び第２端子４１各々の横方向の寸法は、パッケージ２０の短辺の寸法に対し、３０～７０％程度にはできると言える。ただし、第１実施形態の場合は、上記の通り、短辺の中心を境にした左側領域に一方の端子を、右側領域に他方の端子を設ける例であるので、第１端子４０及び第２端子４１各々の横方向の寸法は、パッケージ２０の短辺の寸法に対し、３０％程度が妥当である。と第１端子４０及び第２端子４１の凹部内には、金メッキが施されている。第１端子４０及び第２端子４１は、パッケージ２０層内の配線パターン（図示せず）と接続パッド２３ａ及び２３ｂとを介して、引き出し電極３１ａ及び３１ｂと繋がっている。このように導通が取れているため、第１端子４０及び第２端子４１に測定プローブを接触させることで、圧電振動素子３０の特性を測定することが可能となる。
なお、図１では、パッケージの凹部２０ｙを囲う外壁のうちの凹部２０ｙの短辺に相当する２つの外壁各々に第１端子４０、第２端子４１を対で設けたような状態となっているが、これはパッケージ製造時のセラミックウエハ状態で隣接していた隣接パッケージ間を分割した際の名残りであり当該第１端子、第２端子に相当するものではない（詳細略）。

【0015】

半導体素子５０は、平面視において四角形状であり、第３層２０ｃと接合する面に球形状のバンプ（図示せず）を備えたものである。半導体素子５０は、バンプを介してパッケージ２０に接続している。なお、バンプは、金又ははんだで形成されている。
蓋部材６０は、平面視において四角形状であり、例えば金属製である。パッケージ２０の凹部２０ｙ内に、半導体素子５０及び圧電振動素子３０を接続し、適度な真空又は不活性ガス雰囲気にした後、シールリング２１と蓋部材６０をシーム溶接で接合し、封止する。

【0016】

４層で構成されるパッケージ２０において、圧電振動素子３０の特性測定用の第１端子４０及び第２端子４１を異なる層に設ける上記の構造にすることで、従来の１つの層に特性測定用の端子を横並びに設けていた構造と比較すると、特性測定用の端子の寸法を広くすることができる。具体的には、上記したように、第１端子４０、第２端子４１各々の横方向の寸法は、パッケージ２０の短辺の寸法に対し、少なくとも３０％にできる。第１端子４０、第２端子４１を１つの層に横並びに設けていた場合、同比率は１１％程度であった。従って、第１の実施形態の場合、第１端子４０及び第２端子４１の横方向の寸法は、約１９％増加する。従って、本発明によれば、圧電デバイスが小型になった場合においても、測定プローブを確実に接触させることができる特性測定用の第１端子４０及び第２端子４１の寸法を確保できる。

【0017】

また、この発明の場合、圧電振動素子３０の接続部を、パッケージ２０の凹部２０ｙを囲う壁のうち、パッケージ２０の短辺側の壁に近接した位置に設け、この壁の外側面に特性測定用の第１端子４０及び第２端子４１を設けているので、圧電振動素子３０の接続部と特性測定用の第１端子４０及び第２端子４１とを接続するためのパッケージ２０層内の配線パターンの引き回しを短くすることができる。そのため、圧電振動素子３０の特性を正しく測定することができる。

【0018】

２．その他の実施形態
２－１．第２の実施形態の圧電発振器
図２を参照して、第２の実施形態の圧電発振器１１について説明する。図２（Ａ）は、圧電発振器１１の短辺側の側面図である。図２（Ｂ）は、圧電発振器１１の第１層２０ａの上面図である。図２（Ｃ）は、圧電発振器１１の第２層２０ｂの上面図である。図２（Ｄ）は、圧電発振器１１の蓋部材６０を取った状態の上面図である。

【0019】

第１の実施形態の場合は、第１端子４０及び第２端子４１は、４層で構成された壁部２０ｘのうちの異なる層に設けてあり、然も、第１端子４０及び第２端子４１は、パッケージ２０の短辺側の壁部２０ｘであって、上記短辺の中心を境にした左側領域に一方の端子を、右側領域に他方の端子を設けていた。これに対し、第２の実施形態の場合は、第１端子４０及び第２端子４１は、パッケージ２０の短辺側の壁部２０ｘの全域を可能な限り利用して、縦並びに設けている。すなわち、第１端子４０は、壁部２０ｘの第１層２０ａの全域を可能な限り利用して設けてあり、第２端子４１は、第１層２０ａとは異なる第３層２０ｃの全域を可能な限り利用して設けてある。パッケージの長辺方向に沿う壁等の制約があるが、第１端子４０及び第２端子４１各々の横方向の寸法は、パッケージ２０の短辺の寸法に対し、７０％にできる。また、第１層２０ａと第３層２０ｃの間である第２層２０ｂには、絶縁層を設けている。

【0020】

４層で構成されるパッケージ２０において、圧電振動素子３０の特性測定用の第１端子４０及び第２端子４１を異なる層に設け、然も、２つの端子がパッケージ２０の壁部２０ｘの全域を可能な限り利用した上記の構造にすることで、特性測定用の端子の寸法を最大限広くすることができる。具体的には、上記したように、第１端子４０、第２端子４１各々の横方向の寸法は、パッケージ２０の短辺の寸法に対し、７０％にできる。従来の第１端子４０及び第２端子４１を１つの層に横並びに設けていた場合、同比率は１１％程度であった。従って、第２の実施形態の場合、第１端子４０及び第２端子４１の横方向の寸法は、約５９％増加する。従って、本発明によれば、圧電デバイスが小型になった場合においても、測定プローブを確実に接触させることができる特性測定用の第１端子４０及び第２端子４１の寸法を確保できる。

【0021】

２－３．第３の実施形態の圧電発振器
図３を参照して、第３の実施形態の圧電発振器１２について説明する。図３（Ａ）は、圧電発振器１２の長辺側の側面図である。図３（Ｂ）は、圧電発振器１２の第１層２０ａ及び第２層２０ｂの上面図である。図３（Ｃ）は、圧電発振器１２の蓋部材６０を取った状態の上面図である。図３（Ｄ）は、図３（Ｃ）のｂ－ｂ’線に沿って切った断面図である。

【0022】

第３の実施形態の圧電発振器１２は、パッケージ２０の両長辺側の側面に、第１端子４０及び第２端子４１を設けた例である。この場合、圧電振動素子３０もパッケージ２０の凹部２０ｙを囲う壁のうち、長辺側の壁の内側面に、片持ち支持となるよう接続される。このような構造とすることで、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【0023】

本発明は、圧電デバイスが小型化された場合であってもパッケージの短辺側に測定端子を設け易いという効果が得られる。従って、例えば、パッケージ２０の長辺、短辺、高さの各寸法で示して、２．５×２．０×０．９（単位：ｍｍ）以下の、いわゆる２５２０サイズ以下の圧電デバイスに適用するのが、有用である。
本実施形態では、複数層で構成された壁部２０ｘの層数を４層とする例を示したが、層数は４層に限られず、３層、あるいは５層以上でも良い。

【符号の説明】

【0024】

１０：第１の実施形態の圧電発振器 １１：第２の実施形態の圧電発振器
１２：第３の実施形態の圧電発振器 １３：従来の圧電発振器
２０：パッケージ ２０ａ：パッケージの第１層
２０ｂ：パッケージの第２層 ２０ｃ：パッケージの第３層
２０ｄ：パッケージの第４層 ２０ｘ：壁部
２０ｙ：凹部 ２１：シールリング
２２：導電性接着剤 ２３、２３ａ、２３ｂ：接続パッド
３０：圧電振動子 ３１ａ、３１ｂ：引き出し電極
３２：励振電極 ４０：測定用の第１端子
４１：測定用の第２端子 ５０：半導体素子
６０：蓋部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】